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原文传递列车振动与地震荷载作用下隧道结构及其底部土层动力响应研究

论文题名：	列车振动与地震荷载作用下隧道结构及其底部土层动力响应研究
关键词：	盾构隧道;列车振动;地震荷载;耦合作用;隧道结构刚度;动力响应
摘要：	近些年，随着我国经济的迅猛发展，为方便市民的出行，我国开始大规模修建城市地铁，这大大改善了城市中市民出行困难的问题。在地铁运营期间行车的振动，地震的发生，都可能会有对隧道结构及其底部土层产生某种危害，从而影响地铁的安全运营。主要采用资料调研和数值模拟的手段，以厦门地铁六号线为工程背景，研究了盾构隧道区间在列车振动、地震、列车振动与地震荷载耦合作用下，隧道结构及其底部土层的动力响应特征。重点分析了不同列车时速振动荷载、不同地震加速度峰值荷载、不同列车振动与地震荷载耦合作用及不同隧道结构刚度分别对隧道结构及其底部土层动力响应的影响规律，主要工作与研究成果如下：　　（1）列车的运行对隧道轨道产生的激振力是地铁在运营期间最常经历的动荷载。通过激振力函数将四种列车时速运行时产生的动荷载进行量化，并施加在模型隧道结构轨道处进行动力分析，又进一步研究了不同隧道结构刚度对隧道结构及其底部土层的动力响应的影响。结果显示：在四种列车荷载作用下，隧道结构的应力响应特征表现一致，主要承受压应力。而对于不同的列车时速，列车时速越高，隧道结构的动应力峰值和竖向位移都呈现出一个增大的趋势；关于隧道结构底部土层的动应力响应及位移变化规律与隧道结构的变化规律比较一致，均是随着列车时速的提高，其监测的值也随之增大。对于隧道结构底部土层，随着距隧道底部距离越来越远，列车动荷载作用的影响在逐渐减弱。另外隧道结构刚度的变化对隧道结构及其底部土层的影响并不是十分明显，且有一定限度。　　（2）为更全面考虑地铁运营期间可能遇到的具有影响力的动荷载对隧道结构及其底部土层的影响，还对四种不同的地震加速度时程曲线进行频谱分析、过滤及矫正后，作为动荷载施加于盾构隧道模型底部进行动力分析，总结出盾构隧道模型的响应特征。另外为研究隧道结构刚度对隧道结构的抗震影响，研究了在相同地震荷载作用下，不同隧道结构刚度模型的隧道结构及其底部土层的动力响应的差异性。结果显示：在不同地震荷载作用下，对于隧道结构，最大第一主应力峰值均在隧道结构的拱腰位置处；对于隧道结构底部土层，随着距离地震波施加面的接近，其动应力和位移响应均愈加明显。对比不同地震荷载作用下隧道结构及其底部土层的动力响应特征，随着地震加速度峰值的逐渐增大，隧道结构的动应力峰值和竖向位移都显著增大，甚至可能发生破坏；隧道结构底部土层的动应力峰值和位移亦随地震波加速度峰值的增加而明显增大。　　（3）地铁运营期间也有可能遇到上述两种动荷载同时发生的情况，即列车振动与地震荷载耦合作用。进一步深入研究了列车时速为80km/h时，四种不同地震加速度时程曲线作用于盾构隧道模型时的动力响应特征，并与只有地震荷载作用的计算结果进行对比分析。结果显示：列车振动与地震荷载耦合作用时（工况一）与只有地震荷载作用时（工况二）隧道结构及其底部土层的动力响应规律基本不变，但工况二各监测点的动力响应值均较工况一有所增大，说明地震发生时，列车的运营会对隧道结构的受力产生不利的影响，故当地震发生时，尽量及时将地铁列车进行停运。
作者：	陈瑞敏
专业：	建筑与土木工程
导师：	郭佳奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2020