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原文传递饱和土地区地铁列车运行引起的环境振动影响研究

论文题名：	饱和土地区地铁列车运行引起的环境振动影响研究
关键词：	地铁列车;浮置板轨道;饱和土体;地基振动
摘要：	过去几十年间，地下铁路成为缓解人口密集城市交通压力的重要手段，地铁运行引起的环境振动问题日益凸显，地铁线路周边的居民对由此带来的噪声、振动污染的投诉日益增多，公众对于交通荷载引起环境问题的关注度不断上升。在我国东南沿海地区，较高的地下水位使得地铁多修建在饱和软土中，而地下铁路引起的饱和土地基振动问题在国内外研究较少，由于孔隙流体的存在对波动传播有着重要影响，本文基于现有的研究框架，采用Biot饱和土波动理论，开展了饱和土地区地铁列车运行引起环境振动问题的研究工作，具体如下: 　　(1)利用Fourier变换，采用解析法建立了二维平面应变分析模型，给出了地下列车引发环境振动问题的上限解，通过弥散曲线研究了体系的关键速度，对比了单相土体建模与两相土体建模的差异，研究了埋置移动荷载下的梁-土动力相互作用，并计算了与饱和土相关的参数影响。　　(2)采用模态叠加法及Fourier变换解析求解了柱坐标系下的Biot波动方程和壳体控制方程，建立了三维衬砌-饱和土全空间模型，给出了衬砌-饱和土全空间模型中位移、孔压和应力响应的空间分布，分析了荷载自振频率和土体渗透系数的影响，对比了饱和土和等效弹性土动力特性的差异，本文建立的三维衬砌-饱和土全空间模型可为其他数值、近似解法提供参考解。　　(3)利用三维衬砌-饱和土全空间模型计算轨道结构与衬砌接触面上的位移频率响应函数，建立了轨道结构-衬砌-饱和土全空间耦合模型，并将其用于评价不同轨道结构形式在地基振动中的表现，研究了浮置板轨道的隔振性能，对比了连续浮置板轨道和离散浮置板轨道动力特性的差异。　　(4)基于弹性控制方程在直角坐标系、柱坐标系下的基本解，首次给出了地下移动荷载作用下三维弹性半空间中圆形衬砌隧道动力响应的封闭解答，为地铁振动提供了有效的预测方法，研究了衬砌厚度、隧道埋深、荷载速度、荷载频率等因素对波动传播的影响。　　(5)基于Biot理论波动方程在直角坐标系、柱坐标系下的基本解，首次给出了地下动力荷载作用下三维饱和半空间中圆形衬砌隧道动力响应的封闭解答，上述封闭解答的提出，为地铁列车运行引发的环境振动问题提出了一套兼顾计算效率与精度的振动预测方法。　　(6)最后，将2.5维有限单元法结合人工边界扩展至饱和土波动理论，建立了地铁列车-轨道结构-衬砌-饱和土半空间耦合分析模型，采用解析法求解轨道结构，采用2.5维有限元法模拟衬砌和饱和土体，并对轨道结构和地表动力响应进行了频域、时域分析。　　本文建立了一系列的理论模型用于饱和土地区地铁列车运行引起的环境影响研究，该项工作丰富了饱和土波动理论和交通荷载环境影响研究，为准确预测地铁引起的地基振动提供了理论指导和科学依据。
作者：	袁宗浩
专业：	岩土工程
导师：	蔡袁强
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文