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地铁振动荷载作用下盾构隧道与周围土体的动力响应研究
| 论文题名： | 地铁振动荷载作用下盾构隧道与周围土体的动力响应研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;振动荷载;盾构施工;周围土体;动力响应 |
| 摘要： | 伴随着国内轨道交通的快速发展，越来越多的城市地铁开始投入运营。地铁具有高效便利、安全舒适、环境污染小等优点的同时，地铁列车运行引起的振动对隧道和周围环境的影响也越来越得到重视。研究地铁振动荷载作用下盾构隧道与周围土体的动力响应对减小振动对周围环境和建筑的影响、降低隧道轴线沉降以及地铁在建设时的减振降噪设计有着重要的意义。 本文通过室内动三轴试验，对地铁荷载作用下饱和土体的动力特性进行研究，分析不同因素对饱和土体动力特性的影响。基于轨道高低不平顺功率谱密度函数，利用离散的傅里叶变换来模拟时域样本；建立列车简化计算模型，利用傅里叶变换得到离散的轮轨间作用力的表达式，使用MATLAB模拟地铁列车引起的振动荷载。基于动三轴试验得到的土体动力参数和MATLAB模拟得到的振动荷载，建立三维动力有限单元模型，分析隧道结构和土体的动力响应。得出的主要结论如下。 （1）土体的埋深越深、荷载频率越大，滞回圈越小，骨干曲线的线弹性越好；荷载波形对滞回曲线和骨干曲线的影响不大；上海第③层粉质粘土与第④层淤泥质粘土相比，滞回性较弱，滞回圈较小，线弹性较好；土的动弹性模量随着动应变幅值的增大而减小；土体的埋深越深，动弹性模量越大；荷载频率越大，动弹性模量越大；第③层粉质粘土的动弹性模量比第④层淤泥质粘土大。 （2）采用中国7参数轨道功率谱，模拟的轨道高低不平顺样本介于-3~4 mm之间，具有随机性；基于轨道不平顺样本和地铁列车简化模型，模拟得到的地铁列车振动荷载具有明显的随机性，荷载大小围绕80 kN上下波动。 （3）地铁振动荷载比一般轴重荷载引起的动力响应较大；隧道结构和土体的加速度时程曲线具有明显的周期性，周期数跟列车车厢数量相关；地表加速度峰值及达到峰值的时间相比道床、管片和周围土体均较小和较晚；距离隧道轴线的距离越大，地表加速度峰值和振级越小。 （4）荷载传递时，首先到达隧道道床，主要以高频振动为主，伴随着少许中频；然后荷载向隧道管片和四周传播，管片以及周围较近的土体以中频振动为主，伴随着少许低频；最后荷载传递到地表，荷载远离隧道一定距离后，土体的振动以低频振动为主，且土体振动加速度的第一主频与车速和车辆特征长度（相邻车辆的中心距）密切相关。相同条件下，地铁振动荷载比一般轴重荷载起的动力响应大。 |
| 作者： | 张成林 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 崔振东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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