列车动荷载对基坑支护结构的影响

以上跨南京地铁2号线的基坑为工程背景,针对列车动荷载对基坑围护结构的影响进行研究。采用GTS软件建立模型,通过有限元计算,预测既有隧道结构在长期地铁移动荷载作用下,列车动荷载对既有隧道结构的正常使用与耐久性会产生一定的危害。为确保地铁的安全运营,需要采用相应的减震措施来降低动荷载对既有隧道的影响。     

地铁扣件和钢轨对运营期列车荷载的动态响应

地铁隧道在建成投入运营后,将承受列车周期性的振动荷载作用,地铁列车振动可能引起轨道和扣件破坏。以南京地铁1号线西延线工程为背景,首先,通过对地铁扣件和钢轨的振动测试与分析,笔者获得了扣件和钢轨在直道和弯道在不同时段下地铁列车的振动特征;其次,为了量化地确定钢轨与扣件破坏时的受力特性,进行了室内静载拉拔实验,结合动测获得的应力应变特征对比分析,定量地探索了运营期的动荷载对钢轨和扣件的影响程度,最后结合长期沉降对轨道及扣件受力影响分析,找到了扣件失效主要原因。     

快速地铁列车荷载下软土地基沉降数值模拟研究

地铁列车荷载作用下软土地基会产生沉降,如工后沉降和不均匀沉降等,影响其使用性能和使用寿命。为研究不同速度地铁列车荷载作用下软土地基的沉降特性,采用有限元软件ABAQUS建立三维动力有限元模型,对比分析了常规时速(80 km/h)和较快时速(120 km/h)下土体的沉降规律,并结合理论经验修改公式预测地铁运营工后沉降量。研究结果表明:列车运行速度越大,隧道下卧土体的波动越大,沉降曲线轮轨分布现象越明显,地表沉降槽的横向影响范围也越大,约为隧道轴线两侧各4.5倍隧道直径,但其工后沉降随地铁行车速度的增大而减小;在快速地铁列车荷载作用下土体竖向沉降的影响范围为3倍隧道直径;线路运营后一年沉降量约为57mm,占累积沉降量的30%,20年后的累计沉降量约为190 mm。     

地铁列车振动荷载对穿越泥水盾构泥膜渗透系数的影响

泥水盾构穿越饱和砂土地层中的运营地铁时,在地铁列车振动荷载的作用下,开挖面前方土体中会产生超孔隙水压力,从而降低泥膜承受的压力差,使泥膜回弹,渗透系数增大,进而影响开挖面稳定。通过动三轴试验,研究了不同类型砂土在地铁列车振动荷载的作用下的超孔隙水压力增长规律,并利用改进的Kozeny-Carman公式分析了其对泥膜渗透系数的影响。研究表明:地铁列车振动荷载振幅与在其作用下产生的砂土最大超孔隙水压力之间的关系可用指数函数表示;砂土中粗颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比约为细颗粒间的孔隙起控制作用时的最大动孔压比和泥膜最大渗透系数增大比的50%和60%;当动应力比不大于0.15时,振动荷载振幅的增大对最大动孔压比的增加影响并不明显;相对密实度对最大动孔压比的影响并不明显;卸荷程度相同时,轴向卸荷比水平卸荷对最大动孔压比的影响约大一倍;一般情况下,地铁列车振动荷载最大可使泥膜渗透系数增大约15倍;当泥膜渗透系数不大于7.73×10-8 cm/s时,可不必考虑运营地铁列车振动荷载对泥膜渗透系数的影响。     

地铁列车荷载下冻融土刚度软化试验研究

冻结法在地铁联络通道和进出洞施工中被广泛应用,但冻融作用会对土体刚度产生影响,列车运营期循环荷载作用下,会对地铁运营安全造成隐患。基于动三轴试验,模拟地铁循环荷载作用下冻融土的动应力,得到地铁列车荷载作用下土体刚度软化曲线,并建立刚度软化数学模型。研究结果表明:冻融土体在循环荷载作用下的刚度软化可以用分段函数描述,在循环加载初期,刚度G与循环次数N之间存在半对数关系,当lnN达到8.25~9.5时软化曲线出现拐点,此后继续加载循环应力土体刚度不再有明显的下降;随着冻结温度的降低,循环加载前的初始刚度G_1以及循环后的残余刚度G_w均有所减小,刚度损失比w逐渐增加;同时,冻融还对刚度软化具有明显的加速作用;土体固结对整体刚度有加强效应,提高冻融土体固结度能够使土体刚度显著增大,刚度损失比w有所减小,并降低了土体软化速度。研究结果可为控制地铁冻结法施工区域的工后沉降、保证地铁安全运行提供有益指导。     

地铁列车荷载作用下大直径盾构隧道横向变形分析

为研究地铁列车运营荷载对大直径盾构隧道横断面的变形影响,建立列车-轨道-隧道-土层系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层有限元模型通过扣件力进行参数传递.研究结果表明:隧道竖向变形与水平变形变化规律同荷载变化之间具有一定的对应关系,且存在一定时差;列车荷载作用下隧道断面竖向增大、横向收敛,隧道呈“竖鸭蛋”变形,变形值量级较小.     

列车荷载对冻土路基动力响应分析

采用有限元软件建立列车荷载作用下冻土路基结构动力反应的数值模型,分析了列车荷载作用下冻土路基动力响应沿深度方向的分布规律,并探讨了冻土层和列车速度对路基振动反应的影响规律。所得结论为铁路路基设计和加固提供了理论依据。     

列车振动对黄土地铁隧道结构影响研究现状

近年来,我国黄土地区城市轨道交通系统发展迅猛,一系列黄土地区地铁隧道结构安全性评价相关问题日益凸显,亟待开展黄土地区地下隧道结构长期稳定性与安全性相关的问题研究。针对地铁长期运营振动引起的黄土地铁盾构隧道结构动力响应研究相对滞后的现实,特别是地铁列车振动荷载作用下盾构隧道结构的损伤特性和寿命预测研究严重不足的问题,总结了国内外重要研究成果,对地铁列车振动对黄土地区地铁盾构隧道结构影响的研究现状进行分析,主要包括地铁列车振动荷载研究列车振动荷载下黄土动力特性、隧道结构响应及隧道结构长期寿命研究等,分析了当前研究存在的问题,并进一步提出了解决问题的思路和想法。     

软基地段不同轴重列车动荷载作用下基底动力响应差异研究

在重载列车长期反复作用下,隧道基底往往会出现基底脱空等问题,尤其是在软弱围岩地段更为显著,严重时将会对列车隧道结构产生损伤并影响列车的正常运营。文章采用大型通用有限差分元分析软件FLAC3D对软弱围岩基底在不同轴重列车动荷载下的基底动力响应进行了研究,得到了隧道基底位移和隧道基底应力响应规律。     

列车荷载下近距交叠隧道加固方案优化选择

为研究列车荷载下交叠段围岩的力学特性变化规律,以青岛市地铁2号线枣山路—李村站区间隧道与3号线李村—万年泉站区间隧道相交叠为工程原型,通过数值模拟分析列车荷载下交叠区围岩关键点处力学特性变化规律,针对原加固方案引起交叠区岩体较破碎,造成运营安全的不确定性特殊工况,提出4种交叠区围岩加固技术,并结合灰色关联理论对上述加固方案进行优化选择,确定最终围岩的优化加固方案为方案2。     

列车荷载对隧道下穿路基沉降的影响

以福建省九龙江北引水隧洞穿越鹰厦铁路、厦深高铁线路为研究对象,在路基加固前提下,采用换算土柱法转化的静荷载和类正弦形式列车荷载形式,采用软件FLAC3D分析了隧道单线贯通及双线贯通后的铁路路基变形情况。研究结果表明:类正弦形式列车荷载引起的路基沉降比换算土柱法转化的静荷载引起的路基沉降大0.4 mm,约5%;两种荷载引起的路基沉降槽形态均为"双峰"形态,峰值均出现在两隧道各自的中心线上;通过对比实测数据和两种工况的计算数据,得出静荷载计算结果与实测结果吻合较好。     

高速列车振动下隧道周边砂土液化研究

以广深港高速铁路狮子洋盾构隧道为背景,考虑流固耦合作用,通过FLAC3D软件对列车荷载引发的地层动力响应进行了数值模拟,分析了列车高速通过隧道时孔隙水压力和超孔压比的变化规律。计算中,采用车辆-轨道耦合模型得到列车轮轨激振力。采用循环活动性准则判别砂土液化。结果表明,高速列车荷载作用下,孔隙水压力增大,超孔压比峰值出现在地表,但其值很小,不会发生液化;两列列车交会通过隧道时,超孔压比近似对称分布,其最大值比单列列车通过情形略有增大。     

车载下地基差异沉降对地铁隧道结构的影响分析

当地铁隧道地基存在差异沉降时,轨面在车载作用下会产生相应的不平顺,进而影响乘车的舒适度和行车的安全性。将地基视为弹性半空间,采用余弦函数模拟地基差异沉降槽,基于既有二系悬挂的车辆模型,建立车-轨-隧道-地基耦合模型,分析不同车速、差异沉降值、轨道-地基条件的组合情况下,钢轨支撑反力和隧道下卧土体竖向位移的变化规律。结果表明:随沉降槽深及车速的增加,轨下支撑反力及隧道下卧土体的变形显著增加,且随车速及轨下支撑刚度增大,沉降槽的影响也愈加明显;隧道结构及下卧土体变形随土质条件变化趋势受沉降槽深的影响较小。     

高速铁路路基动力响应计算中列车荷载的模拟

高速铁路列车荷载是一个比较复杂的问题,同时涉及列车轴重、悬挂体系、行车速度、轨道组成、线路平顺等因素。在试验区段测试的基础上,考虑了轴重、速度、轨道不平顺等影响因素,采用正弦激励函数模拟列车荷载,以期为高速列车动荷载的确定和路基动力响应分析提供借鉴和参考。     

地铁列车移动荷载作用下地基土的动应力响应

为了通过室内试验研究交通荷载引起的主应力轴旋转对土体循环特性的影响,以单个移动荷载和两个相邻转向架列车荷载为例,分析了土体中各项应力的时程曲线和主应力轴旋转的过程。     

列车荷载作用下铁路斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥的索-梁相关振动,基于拉索非线性振动理论,开发了有限元索动力单元,该单元在静力计算中为普通直杆单元,动力特性计算中可以计算拉索局部自振频率,动力时程计算中可以计算拉索非线性振动与整体结构振动的相互作用;编制了计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥有限元模型,同时使用索动力单元模拟斜拉索,最后研究了列车通过斜拉桥时梁、塔的带动下拉索发生索-梁相关振动的特性。结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥,列车在设计速度范围内通过桥梁时索-梁相关振动不会导致拉索产生大幅振动。     

列车动载下衬砌厚度对隧道结构动力响应的影响研究

以北京市某在建地铁盾构区间为工程背景,探究列车动载下衬砌厚度对隧道结构动力响应的影响。采用英国几何不平顺值提供的公式模拟列车运行过程中产生的激振力,研究80 km/h车速下隧道结构不同监测点的动力响应。运用有限差分软件FLAC3D建立计算模型,计算分析了250、300、350、400、450 mm 5种管片厚度下结构的动力响应。通过计算得出:列车动载下结构出现整体运动趋势;位置特点相同的监测点具有更加相近的振动时程曲线;隧道两拱脚及拱顶和仰拱处均产生位移差,进而引起附加应力;最大主应力峰值远小于结构材料的极限抗拉强度;管片厚度较大的结构在动力响应方面表现出一定的优势。     

基于模糊神经网络的重载列车空气制动力预测方法

由于重载列车空气制动具有强非线性、反馈减压量误差较大的特点,且充风、排风时间与减压过程之间存在耦合关系,使得重载列车循环空气制动的操纵精确度难以保证,进而影响其操纵安全。为提高重载列车循环空气制动的控制精确度,文章提出一种基于模糊神经网络(fuzzy logic-based neural network,FLNN)的空气制动力预测方法。其首先采用径向基神经网络(radial basis function neural network,RBF-NN)训练空气制动离线数据,得到模糊逻辑形式的空气制动力离线预测规则;然后,计算当前数据与空气制动力离线预测规则的匹配度,得到相应的预测规则;最后,根据当前数据和相应的预测规则,输出空气制动力预测值。该预测方法通过数据处理的方式摆脱了对传统空气制动模型的依赖,避免了充、排风时间与减压过程之间的耦合分析,能够较准确地得到空气制动力预测值。试验结果显示,本文提出的基于FLNN的空气制动力预测方法将重载列车空气制动力在100 kN内的预测精度提高至99%,这验证了该方法在不同的工况下能有效实现空气制动力预测。