软土区地铁不同类型轨道振动测试分析

软土区地铁隧道结构在列车荷载作用下,工后沉降问题已引起广泛关注,而考虑不均匀沉降下的轨道动力特性实测研究却未见报道。以浙江省某地铁隧道为研究对象,对该隧道两个轨道断面进行了隧道沉降变形观测和钢轨竖向振动测试。基于监测结果,分析了两断面沉降变形和振动实测结果的差异,并对软土区地铁轨道型式进行优选分析。研究结果表明:理论模型计算与振动实测结果量值相当,但理论计算模型未考虑不均匀沉降及轨道弯曲效应,较实测值小;钢弹簧浮置板轨道钢轨振级比普通整体式轨道小10 d B;钢弹簧浮置板轨道固有频率较普通整体式轨道低,列车经过时,较早达到振动峰值,列车经过后,较晚恢复平息;整体式轨道振动对周围土体的扰动大于钢弹簧浮置板轨道,因前者沉降值大于后者,沉降值变大又会进一步加大振动影响。为确保良好的运营条件,建议软土区不均匀沉降工况下采用钢弹簧浮置板等减振轨道型式。     

钢弹簧浮置板轨道低频特征试验研究

利用北京交通大学轨道减振与振动控制试验室开展钢弹簧浮置板轨道低频特征测试,研究钢弹簧浮置板轨道弹簧刚度和支承间距等参数变化对低频振动的影响,并比较钢弹簧浮置板轨道和普通轨道的低频减振效果。试验结果表明:①弹簧总刚度越大(支承间距不变且弹簧刚度越大,或弹簧刚度不变且支承间距越小),浮置板轨道基频越大,轨道板到基底竖向加速度级传递损失越小,轨道板到隧道内的竖向传递函数值越大;②钢弹簧浮置板轨道基频越小,在其工作频段,减振效果越好;但在基频附近,振动放大现象越明显。相对于普通轨道,钢弹簧浮置板轨道明显降低了10Hz以上频段的振动响应,最大减振量为25dB;同时基频处的振动放大量为25dB;③对于轨道板到隧道内的竖向传递函数,普通轨道的值比钢弹簧浮置板轨道的值大,前者在0.012～0.028之间,后者在0～0.01范围内。     

地铁临近建筑结构楼板的隔振效果实测与分析

在考虑建筑结构自身竖向刚度的基础上,建立并求解钢弹簧浮置楼板双质点动力学模型,给出了地铁振动竖向加速度传递率曲线。设计钢弹簧浮置楼板结构,对隔振前后地铁振动引起的建筑结构竖向加速度时程响应进行现场实测,对比分析了傅里叶值谱以及1/3倍频程。利用MATLAB进行编程计算,并与实测结果进行对比分析,最后建立多层框架结构有限元模型进行计算分析。结果表明:钢弹簧浮置楼板对地铁振动竖向加速度隔振率可达到85%以上,并且在40～100Hz频率范围内,可将原结构竖向振级减小20～30dB。地铁引起的结构竖向振级随着楼层增高有所放大。     

地铁振动的地表低频响应预测研究

地铁振动引起的环境问题备受人们的关注,特别是近年来,低频(<20Hz)振动对高精密仪器和设备、古建筑物等的影响已成为焦点。如何采取合理的减振措施将低频振动的影响降到最低是亟需解决的问题。在北京交通大学轨道减振与振动控制试验室,开展钢弹簧浮置板轨道和普通轨道低频振动试验;基于地表低频响应测试数据,结合"钢弹簧浮置板轨道-隧道-地层"和"普通轨道-隧道-地层"耦合的三维有限元数值模拟结果,采用回归分析的方法,研究地表低频响应受激振频率(1～20Hz)、距轨道水平距离(0～100m)和轨道埋深(10～30m)等因素的影响,推导出地表低频响应量分析公式。将公式预测的地表低频响应量的最大值分成II、II、II和IV四级响应带,进一步讨论响应带分布与轨道埋深、距轨道水平距离和轨道基频等关键因素的关系,从而为减少地铁振动的地表低频响应措施提供参考。     

轨道类型对地铁隧道及环境振动的影响

以宁波地铁隧道为研究对象,采用现场实测与2.5维有限元相结合的方法研究了整体式轨道和钢弹簧浮置板轨道在轨道振动和周边环境动力响应上的差异。结果表明：相较于整体式轨道,钢弹簧浮置板轨道能显著吸收10 Hz以上的轨道振动;当隧道埋深小于20 m时,列车速度越高,隧道埋深越浅,钢弹簧浮置板轨道对隧道及周边环境的减振效果越好;但采用单相弹性介质模拟隧道周围地层会明显低估隧道内的振动强度,并高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。隧道周围的超静孔压与列车速度和轨道类型有关,与隧道埋深无关;采用钢弹簧浮置板轨道不仅可以减振,还能有效减小隧道周围土体中的超静孔压,有利于控制隧道沉降。     

交通荷载作用下钢弹簧浮置板隔振道路设计参数研究

为降低城区道路汽车荷载对建筑结构的振动影响,设计一种新型钢弹簧浮置板隔振道路,对浮置板的动力学设计参数进行研究。在浮置板缩尺模型有限元试验验证的基础上,选取浮置板长度、厚度、弹簧刚度、弹簧支承间距4个参数及不同水平值,进行正交试验,建立81个样本的三维有限元模型。采用模态分析法,研究各参数对浮置板固有频率和振型的影响;实测交通荷载激励,分析激励作用下浮置板结构在时域和频域的响应,并通过Z振级和插入损失探讨浮置板结构各参数的减振效果。结果表明:各样本基频主要分布在4～10Hz之间,基频直接影响钢弹簧浮置板的隔振性能;随着浮置板长度的减小、厚度的增大、弹簧刚度的减小、支承间距的增大,浮置板结构的隔振效果明显提高;交通荷载激励下,浮置板结构振动放大频段位于基频附近及14～18Hz范围;VLz振级在0～18Hz范围内随频率增大而增大,之后随频率增大而降低,但未超过72dB;对于0～40Hz范围内的振动响应,样本最大减振量为40.6dB,基频处放大量最大为17.4dB。     

富水地区短板钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

采用短板钢弹簧浮置板轨道结构是富水地区减振的重要措施。通过建立车辆—轨道—下部基础耦合动力学模型,比较了列车动载作用下富水地区与普通地区的土体振动响应,分析了富水地区短板钢弹簧浮置板的结构动力特性。结果表明,富水软土地区车致振动在土体传递后,在中低频范围内仍然较大,设置钢弹簧浮置板后减振效果明显,减振效果约为12. 35 d B。     

钢弹簧浮置板轨道结构顶升前后减振效果分析

对钢弹簧浮置板轨道结构在顶升前后的减振效果进行了实测分析,首次对处于施工阶段的钢弹簧浮置板地段通过轨道平板车时的隧道壁及地面振动进行了时域及频域分析,阐述了地铁对地面的振动影响水平及浮置板的减振效果,提出了地铁线路施工过程中扰民问题的新解决方案。     

模态分析在城市轨道交通浮置板上的应用

钢弹簧浮置板是城市轨道交通建设中采用的一种典型的道床下减振的轨道结构。浮置板轨道的减振性能与其固有频率息息相关。同时,作为浮置板关键弹性元件的隔振器在长期服役过程中不可避免受到损伤。通过有限元软件建立钢弹簧浮置板轨道模型应用模态分析方法,研究不同伤损情况下的钢弹簧隔振器对浮置板轨道的影响,可为浮置板的建设与设计提供一定程度的参考与借鉴。     

钢弹簧浮置板轨道结构模态及动力性能参数分析

钢弹簧浮置板轨道与普通整体式道床相比,具有较好的减振降噪的功能.通过钢弹簧浮置板轨道结构模态分析不同结构参数对道床板固有频率的影响,发现浮置板固有频率随着隔振器刚度的增大而增大,随着隔振器间距的增大而减小,并且模态阶数越高,固有频率间的差距越小;但是道床板的固有频率随板长的增大而减小.在以上参数的基础上,对轨道结构的动力响应进行分析,得到了钢轨和道床板的垂向位移、垂向加速度、横向加速度以及隧道壁垂向加速度随结构参数的变化趋势,可为钢弹簧浮置板设计、参数选定和结构优化提供参考.     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。     

基于柱坐标系的油井出砂三维数值模型设计与研究

根据实际储层砂岩的物性和射孔试验特征,从岩土力学的角度基于柱坐标系建立三维颗粒流（PFC^3D）数值模型。综合考虑流体压力梯度力和拖曳力产生的流固耦合效应,运用几何学方法研究油井出砂过程中的砂岩模型变化。数值计算与理论分析比较可知流体运动效应不可忽略,两者的应力分布曲线相吻合,验证了数值模型的可行性和适用性。另外,外界条件一定时,砂岩模型的应力分布、黏结颗粒性态、颗粒位移和流体对单颗粒作用力结果显示不同的单元划分对数值计算结果的影响不大,说明该数值模型的收敛性和稳定性。由此可见,提出的三维数值模型能较好地反映砂岩出砂过程中的宏细观力学特性,为准确理解砂岩出砂的力学机理提供了重要的研究思路和研究手段。     

Optimization of beam parameters for coupling beam pile structure foundations under vertical loading

The coupling beam pile structure is a new type of foundation for high-rise buildings that can be easily constructed. The vertical load-bearing characteristics of the coupling beam pile structure are examined using indoor model tests and numerical calculations to optimize the beam structure's parameters. The validity of the finite element model is then confirmed, and the beam structure's width, length, and stiffness are changed to examine their effects on the load-bearing capacity. The results show that the load–settlement curve of the structure varies slightly, with a 45.10% increase in load-carrying capacity compared to a pile group foundation for the same load, and that the coupling beam can support heavier loads while also distributing the tension of the loads. The width and length of the coupling beam are proportional to the load-carrying capacity of the structure. The width of the coupling beam should be kept at 3.5 times the pile diameter since any wider width results in the “wall group effect,” which reduces the foundation's ability to support the weight. The coupling beam's short length, which should be kept above 4.5 times the pile diameter, can aid in reducing the “pile group effect.” The coupling beam stiffness can be changed according to the scenario in practice; there is no upper limit. The coupling beam stiffness is 5 times the reference value when it has the strongest force transmission capacity but has essentially little impact on the structure's load-carrying capacity.     

预应力锚索锚固力损失与岩土体蠕变耦合效应研究

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生,锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系,通过理论分析和模型研究,在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型,并进行了模型验证。建立二者之间的耦合效应模型,确立二者之间的计算关系式,为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。     

基于双重孔隙介质模型的渗流-应力耦合并行数值分析

为模拟天然岩石中孔隙和裂隙的不同渗透性能及应力耦合特性,基于双重孔隙介质模型,建立渗流–应力耦合分析的迭代计算模型。岩石基质渗透系数和孔隙率通过体积应变进行更新。裂隙系统的耦合模型通过立方体单元模型来建立,渗透系数和孔隙率随有效应力的变化进行更新。考虑到耦合分析时步多、计算量大的问题,采用基于element-by-element策略的有限元并行计算方法进行数值模拟。编制相应的耦合分析并行程序CoupledGF,并在分布存储的并行机上实现。对包含一个生产井和一个注入井的封闭区域进行渗流–应力耦合分析,模拟约22 000个时步。计算结果表明,并行耦合分析模型对于渗流应力的耦合分析是很有效的。     

埋地燃气管道受力模型与实验分析

分析了埋地燃气管道的受力特性,建立了有限元分析模型,通过实验对计算结果进行了验证。利用有限元模型可以有效地进行埋地燃气管道受力分析。     

群桩场地液化土单一流速横向流动数值分析

采用三维动力FE-FD耦合法及弹塑性饱和土本构模型,对群桩—可液化土体系的拟做振动台实验进行非线性数值模拟,得到液化土横向流动中孔隙水压力、流动变形对群桩基础前后桩的内力分布和横向位移的影响规律。     

中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动#br# 理论分析与试验验证

为探讨中低速磁浮列车-桥梁系统竖向动力相互作用特性,文章将中低速磁浮列车进行两种方式的简化,考虑PID主动悬浮控制系统,基于模态叠加法,建立2种类型的中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动分析模型。随后基于长沙中低速磁浮运营线桥梁动载试验,对建立的2种仿真模型进行对比与验证。基于仿真模型2,以不同梁高的桥A、桥B、桥C为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动特性进行分析。研究表明：将磁浮列车简化为均布荷载的方式能较为准确的模拟实际状况;桥梁刚度的减小会导致作用于车辆和桥梁上的电磁悬浮力增大,使得车体和桥梁的动力响应变大;磁浮列车低速运行时悬浮力频谱分布较离散,而正常速度运行时较集中;中低速磁浮列车-桥梁系统竖向存在着由电磁悬浮力自身频率引起的共振现象,该共振频率较低。     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

Numerical simulation for the estimation the jacking force of pipe jacking

For a pipe jacking construction, reducing the soil–pipe interface friction and providing enough jacking force are the most common approach to optimize the construction efficiency. In practice, jacking force is generally estimated by various empirical equations. However, the estimations of empirical equations frequently deviate from the reality. In this study, a model coupling finite element method and a displacement control method were applied to estimate the required jacking force in pipe jacking. Two cases were examined from Central Taiwan, where the primary geological foundation composed of gravel formations. Case A pertained to pipe jacking construction during which sewage pipes with a diameter of 2.4 m were utilized. The monitoring data from this case were used to establish the jacking force estimation model. The jacking force history observed in Case B, in which sewage pipes of 1.0 m diameter were used, was compared with those obtained by the developed model to demonstrate the applicability of the model. The results suggested the developed model can estimate the jacking force with a better accuracy towards the middle and the final stage of the pipe jacking process.