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原文传递地铁荷载作用下砂岩隧道振动响应分析

论文题名：	地铁荷载作用下砂岩隧道振动响应分析
关键词：	砂岩隧道;列车振动;数值模拟;联合仿真;车轨耦合
摘要：	随着我国地下空间工程的迅速发展，越来越多的地铁轨道工程建立在软土或软岩地层，在地铁荷载作用下极易引发各种工程性振动难题。青岛地区地层分布表现为上土下岩、上软下硬的特点，下部花岗岩整体稳定性较好，但部分花岗岩层常年受海水以及海风的影响产生变异，形成变形模量小、强度低、渗透性较强等明显特征的砂岩层。本文以青岛地铁3号线某砂岩场地区间工程为背景，采用数值模拟手段建立车轨耦合模型以及砂岩隧道模型进行求解。以青岛地铁3号线列车编组形式(四动两拖)为原型，采用Abaqus-Simpack联合仿真建立车轨耦合模型，求解列车在不同时速、不同道床形式下道床的位移激励时程曲线。采用有限元软件Abaqus建立青岛地铁3号线砂岩隧道有限元-无限元二维模型，将列车在不同因素作用下引起道床的位移激励以点荷载的方式施加于砂岩隧道模型，研究砂岩隧道基底、地层以及地表的振动传播规律。由研究得出：　　(1)道床的位移激励时程曲线波形受列车编组形式的影响呈现“中间大两端小”的分布规律，道床位移激励最大值随列车速度的增加呈现递增趋势。道床的位移激励振动频率主要集中于0Hz-4Hz的低频率带范围。其中整体式道床抵抗变形能力较好，橡胶减振垫浮置板道床的抵抗变形能力次之，钢弹簧浮置板道床的抵抗变形能力最差。　　(2)基底受列车荷载的作用，其振动竖向加速度以及振动竖向速度随列车速度的增加呈现递增趋势。由整体式道床引起基底的振动响应最为明显，橡胶减振垫浮置板道床的减振效果最好，钢弹簧浮置板的减振效果次之。振动沿基底向下传播的过程中，砂岩与花岗岩层交界面对于振动大小产生了明显的衰减作用，且花岗岩层振动的衰减较为缓慢，约在距离基底25m处振动衰减速度达到最慢。　　(3)地表受列车振动的影响，水平速度在隧道竖向中轴线的位置最小，基本可忽略不计，而对于竖向速度以及竖向加速度却在隧道中轴线的位置处最大，且此地表位置竖向速度以及竖向加速度的振动主频率主要集中于0Hz-40Hz的范围之内。地面振级随列车速度的增加呈递增趋势，振级最大位置处集中于隧道竖向中轴线位置处，其中列车在最高时速下达92dB。　　(4)地面以及基底位置的竖向位移随速度的增加呈递增趋势，且相比于橡胶减振垫浮置板道床以及钢弹簧浮置板道床两种道床形式，整体式道床对于抵抗地面以及基底竖向变形具有明显的作用。研究发现：无论地面还是基底位置，其竖向位移变形振动主频率主要集中于低频率带。不同点在于列车驶过一次时，基底没有出现明显的塑性变形，对于地面位置出现一定的塑性变形。　　(5)列车在不同速度以及不同道床形式下运行时，地层的竖向位移变形由基底向下以递减的趋势进行传播，且在砂岩与中风化花岗岩交界面的位置，竖向位移变形出现骤减，同时在距离基底约40m的位移，地层的竖向位移基本可以忽略不计。
作者：	李广胜
专业：	建筑与土木工程
导师：	张瑾;李克先
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2021