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软土路基上高速列车引起地面振动的数值模拟分析
| 论文题名： | 软土路基上高速列车引起地面振动的数值模拟分析 |
| 关键词： | 软土路基;高速列车;地面振动;车辆-轨道耦合动力学;有限元法 |
| 摘要： | 随着高速铁路和城市轨道交通的迅猛发展，列车运行引起的环境振动问题日益突出。由于我国软土地区分布广泛，铁路建设过程中不可避免要经过这些区域，因此针对软土线路开展环境振动问题的研究十分必要。本文就以软土路基线路为例，研究高速列车引起的地面振动问题。 在简要回顾和总结地面振动问题的研究现状及基础研究内容后，本文基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元法建立了数值仿真分析模型：列车-轨道垂向耦合模型和轨道-土体有限元模型。前者主要用于分析车辆与轨道之间的相互作用，获得作用于轨道结构上的激振力。该激振力可通过移动或定点激励的方式施加到轨道-土体有限元模型上，文中经过分析选择了施加轨枕支点反力的定点激振方式。 然后针对瑞典软土试验工况，对模型中的关键参数做了进一步讨论，考察了亚临界和近临界车速下土体的变形特征、振动特性及振动传播规律。结果表明，轨道随机不平顺和有限元积分步长都对轨道附近的地面振动加速度有很大影响。当车速接近临界值时，土体表面会产生波动变形；地面振动位移和加速度幅值也会急剧增大；随着距轨道中心距离的增加，振动能量将不断衰减，其中高频成分衰减得更快。 接着又分析了中国高速列车在无砟轨道软土线路上运行的工况，对车轨耦合模型中是否应考虑软土弹性进行了分析，考察了不同车速下的地面振动响应，以及高路基结构对地面振动的影响。研究发现，车轨耦合模型中考虑软土弹性才能更真实地模拟列车在软土线路上的运行情况。对于单个点荷载作用下的匀质土体而言，其临界速度为土体表面的Rayleigh波波速；而对于实际的分层土体，由于受众多复杂因素的影响，地面振动随车速的变化规律并不明显。高路基结构可能是其影响因素之一，高路基结构的存在会对振动产生抑制和衰减作用，从而影响地表的能量分布和振动大小。 最后以水泥土搅拌桩加固基础为例，考察了地基加固对车轨耦合振动及地面振动的影响，分析了地基加固后的地面振动水平。研究表明，地基加固能够起到提高路基和轨道结构的稳定性以及减振的效果。 |
| 作者： | 韩海燕 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 翟婉明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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