移动简谐荷载作用下饱和土体中圆形隧道和轨道结构的动力分析

采用解析法研究了移动简谐荷载作用下饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构的动力响应,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成周期性的两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例分析了荷载移动速度、自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响,对比了连续浮置板轨道和离散浮置板轨道的动力特性。结果表明:离散浮置板轨道情形下,轨道结构和饱和土体响应频谱中存在由荷载周期通过不连续浮置板而引发的参数激励;荷载自振频率接近轨道结构固有频率时产生共振,对轨道结构和饱和土位移、孔压响应均有较大影响;离散浮置板轨道和连续浮置板轨道动力特性有显著差异,当荷载频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,二者对应的自由场响应区别明显;增大衬砌厚度可以显著减小饱和土位移响应。     

高速列车荷载作用下横观各向同性饱和地基动力特性的数值分析

 将轨道模拟为铺设在地基上的欧拉梁,对高速列车荷载作用下的欧拉梁动力方程进行双重傅里叶变换,得到地基振动的隐式边界条件。保留每个结点为3个自由度,通过常规u-p格式有限元推导,得到横观各向同性饱和地基有限元控制方程。分别考虑外行SH波、SV波、P波,推导相应的2.5维有限元格式的黏弹性动力边界来模拟人工截断边界。通过与已有文献的对比分析,验证本文理论及计算程序的正确性。算例分析结果表明：随着距离轨道中心距离的增加,土体振动位移减小,加速度衰减减缓;随着深度的增加,孔隙水压力减小,孔隙水压力曲线第一个拐点出现在第1,2层土的分界面上,在深度为10 m处,孔隙水压力减小至0。     

地铁列车荷载作用下隧道的静动力响应分析

以某地铁区间隧道为研究对象,依照列车动荷载激励力公式,设计列车振动模型装置,观测了隧道衬砌模型和周围介质在静荷载及列车动荷载作用下的应变、加速度等力学参数,分析了动荷载作用下隧道结构的受力状态,并和初始静应力做了比较,得出了一些有指导意义的结论。     

地铁振动荷载作用下隧道周围饱和软黏土动力响应研究

以上海地铁二号线静安寺站-江苏路站区间隧道周围饱和软黏土为研究对象,通过对隧道周围不同位置、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计,进行现场连续动态监测,对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究,并提出了土体动力响应衰减计算公式,利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小,可以预测与估算地铁列车振动荷载对周围建筑物的影响情况,为地铁设计、施工以及安全运营提供有价值的参考。     

地铁不均匀沉降地段的轨道类型比选分析

简要总结了地铁不均匀沉降易发生的地段、原因及不利影响,对有砟轨道、普通无砟轨道、钢弹簧浮置板、隔振垫浮置板及梯形轨枕轨道等常用轨道类型对不均匀沉降的适应性和相关技术特点进行了全面分析,梯形轨枕在自身抗弯能力、空吊的检测和整治方便性、排水、施工速度、铺设精度等方面均具有优势,对不均匀沉降的适应性最好。     

高速列车荷载下地下结构动力响应分析

以济南西客站站台下的地铁隧道为研究对象,重点研究高铁荷载作用下地下结构的动力响应。列车高速移动时伴随着振动,所以既要考虑荷载的移动,也要考虑荷载的振动。首先应用移动问题有限元方法计算移动放大系数,然后应用ABAQUS软件分析振动荷载作用时高铁站台下地铁隧道的动力响应,并给出了一些数值算例。     

浮置板轨道结构系统振动模态分析

利用有限元分析软件,建立浮置板轨道结构的三维有限元模型,进行模态分析,并计算出在不同橡胶支承刚度和扣件刚度组合条件下,两种密度混凝土浮置板的固有频率。通过对计算结果的分析,得出了混凝土板密度、橡胶支承刚度、扣件刚度对浮置板轨道结构系统振动特性的影响,为更好地了解浮置板轨道结构的减振降噪性能进行了探索。     

城市地铁轨道工程钢弹簧浮置板整体道床施工技术

轨道工程钢弹簧浮置板整体道床施工技术就是其中非常重要的部分,其对于地铁系统的运行速度和稳定性以及对周边环境的减振降噪都有重要的作用,也是进行地铁建设时必须充分考虑的技术范畴。     

地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟

上海地区地铁隧道主要埋设于第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土层中,根据长期监测资料的分析,地铁列车的振动对隧道周围土体强度和变形有较大的影响.利用室内动三轴试验结果确定土体的动弹性模量,采用数值模拟的方法计算饱和软粘土地区地铁振动荷载作用下隧道周围土体的变形,由此进一步计算出地铁振动荷载作用下引起的地面沉降量.通过计算的地面沉降量与实测值比较,其结果与工程实际相吻合.因此可以利用此方法对地铁运营后的沉降量进行评价和预测,为地铁工程的设计、安全运营以及对周围建筑物的影响提供有价值的参考.     

地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟

上海地区地铁隧道主要埋设于第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土层中,根据长期监测资料的分析,地铁列车的振动对隧道周围土体强度和变形有较大的影响。利用室内动三轴试验结果确定土体的动弹性模量,采用数值模拟的方法计算饱和软粘土地区地铁振动荷栽作用下隧道周围土体的变形,由此进一步计算出地铁振动荷栽作用下引起的地面沉降量。通过计算的地面沉降量与实测值比较,其结果与工程实际相吻合。因此可以利用此方法对地铁运营后的沉降量进行评价和预测,为地铁工程的设计、安全运营以及对周围建筑物的影响提供有价值的参考。     

移动列车荷载作用下路轨系统及饱和半空间土体动力响应

利用Fourier变换对移动列车荷载作用下铁路系统和饱和半空间土体的动力响应问题进行研究。将整个系统分为上覆路轨系统和下卧土体分别求解,并通过应力、位移边界条件进行耦合。对于路轨系统,将钢轨简化为无限长弹性Euler梁;将枕木简化为连续质量块;对道渣层采用Cosserat模型。对于下卧饱和土体,由忽略土体自重的Biot波动方程出发,利用Fourier变换对Biot波动方程进行求解。在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度,土体位移、加速度及孔隙水压力在时域内的表达式。计算结果表明,水相介质与荷载移动速度都对路轨系统和土体动力响应有很大影响。当列车移动速度较低时,饱和多孔介质和弹性介质的位移响应仅在幅值上有区别,但当列车移动速度超过土体Rayleigh波速时,饱和多孔介质与弹性介质的动力响应有很大区别。     

水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

移动荷载下饱和半空间的动力响应

利用半解析法分析了饱和半空间在移动荷载作用下的动力响应。土体被简化为均匀、完全饱和的多孔弹性体,基于Biot动力固结方程,通过傅里叶级数展开将偏微分方程转化成常微分方程求解,得出了饱和半空间土体在移动荷载作用下各点的响应,并讨论了在参数发生改变时土体各点响应的变化。     

移动车辆载荷作用下桥梁动态响应(Ⅰ)

在车辆不同速度作用下桥梁的变形有其复杂性,对其研究为工程界所广泛关注。本文利用AN-SYS软件建立了桥梁的有限元模型,通过数值模拟计算分析了车辆以不同速度通过桥梁时,桥体发生的动态响应特征,从而为移动荷载作用下桥梁振动控制措施的改进提供依据。     

上覆弹性板双层地基在移动荷载作用下的动力响应

 用Fourier变换及逆变换对移动荷载作用下路基路面系统的动力响应问题进行研究。考虑路基路面相互作用,假设一条形移动荷载作用在路面板的表面,地基以地下水位面为分界面分为双层,水位面以上为单相弹性土层,以下为饱和土层。考虑地基土层厚度有限,利用Lame对位移场的分解理论,引入势函数,并运用Fourier变换分别对弹性土层和饱和土层进行分析。在Fourier变换域内,结合边界条件,联立路面板、弹性土层和饱和土层的运动方程,得到土体竖向位移、应力和饱和土层内孔隙水压力的表达式;同时利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果。计算结果表明,荷载速度、频率,饱和土层的渗透系数对地表竖向位移的影响很大;弹性土层厚度对竖向位移的影响依赖于荷载速度;弹性土层厚度以及弹性土层和饱和土层的相对刚度比对孔隙水压力有非常明显的影响。     

双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析

为了研究浅埋砂土地下电力隧道结构在双向地震作用下的行为反应,采用大型岩土软件FLAC3D对浅埋砂土地下电力隧道进行数值模拟。建立了双向地震作用下砂土电力电缆隧道的三维计算模型,地下水位为1m。计算了在水平和竖直地震荷载作用下,埋地电力隧道的动力响应,并对典型截面的典型点的加速度、位移、应力进行监测。计算结果表明,在上海人工地震波作用下,电力隧道结构水平残余位移10．9mm,竖向残余位移4．3mm,隧道结构产生的永久变形为11．7mm,隧道结构顶部和底部之间的水平相对位移3．6mm,竖向相对位移为4．3mm。地表水平残余变形几乎为0,竖向残余变形0．18mm。结构自振频率45Hz。隧道结构剪应力、主应力大小随着动荷载的输入应力幅变化很小,在1％左右;第一主应力和第三主应力的最大值在隧道侧壁C点。数值分析结果表明,在砂土地基下隧道产生剪切、拉伸破坏以及发生共振的可能性较小,侧壁是竖向抗震的薄弱环节。     

饱和软土地层中管幕法隧道施工风险分析

上海市中环线虹许路一北虹路下立交工程设计采用管幕结合箱涵顶进——有中继间的推进工法施工，是我国第一次引进管幕工法施工，也是世界上在饱和软土地层中施工的最大、最长的管幕法工程，其工程规模大，工艺新颖，工程地质条件差，存在很大的施工风险。运用风险分析方法，分析了饱和软土地层中施工管幕法隧道时在管幕顶进精度、管幕顶进阻力、地表沉降（隆起）、管幕损坏、管幕水密性、管幕锁口连接以及箱涵开挖面稳定、箱涵损坏、箱涵方向控制、管幕下沉、箱涵安全出洞、地面变形控制等方面存在的风险，得出了工程的总体风险水平，并提出了相应的防范措施。     

被动状态下地埋管线的地基模量

 地下工程基坑、隧道开挖产生的自由土体位移场会引起周边地埋管线(如市政给排水管线、煤气管道等)产生附加变形并受力。基于Winkler地基模型的位移控制分析方法,将自由土体位移作为外部荷载即被动位移施加于管线上,管线与土体的相互作用采用Winkler地基弹簧模拟,弹簧常数一般根据Vesic公式得到。在基于弹性理论的推导中,Vesic公式的前提条件是弹性地基梁置于弹性半空间地表,竖向集中力或弯矩(主动荷载)置于梁的中心位置,这与地埋管线的一定埋深以及位移的施加情况是不一样的。为考虑上述2种因素对Winkler地基模量的影响,进行相应的理论探讨,提出考虑埋深影响的位移作用下地基模量的理论公式,并基于该地基模量进行隧道开挖对邻近地埋管线影响的位移控制理论分析。通过与弹性理论法、离心机试验以及实际工程观测结果的对比,验证该方法的合理性和正确性。     

列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应特性分析

论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法，并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础，通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究，可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。