南京地面轨道交通运行引起的大地环境振动预测研究

城市轨道交通造成环境的振动“污染”不容忽视。通过现场测试和理论分析,得到南京地面轨道交通运行引起的大地竖向振动加速度幅值、频率随距离轨道中心线不同位置的衰减规律,即随着与轨道水平距离的增加,大地竖向振动加速度幅值总的趋势表现为逐渐减弱,但在距离轨道中心线20～30 m之间振动幅值有所反弹;振动加速度的频率集中在0～ 100 Hz,最大值出现在30～80 Hz左右,随着与轨道水平距离的增加,各频率的振动信号分量总的趋势是减弱,且频率愈高衰减愈快。基于“北京交通大学”预测公式,建立包含受振点距离、地基土性质、列车速度3个参数的南京地面轨道交通运行引起大地振动的预测模型,与实测数据相比,吻合较好。     

精密仪器厂房微振动实测与数值模拟分析

为探究精密仪器厂房防微振结构设计方法,本文分别通过现场实测和数值模拟方法对苏州某高科技电子工业厂区一单层轻钢结构厂房微振动水平进行了评价和分析。对该厂区进行场地环境振动实测,对比了厂房建成前后地坪振动特性;利用ANSYS软件建立了厂房有限元模型,分析了Rayleigh阻尼和底板厚度对厂房振动特性的影响。研究结果表明:厂房建成后底板振动满足振动限值要求;厂房的桩筏基础有明显的减振效果,但对不同方向和频段地面的振动影响有所差异;阻尼比和底板厚度对结构主频影响较小,而对振幅影响较大,阻尼比在1~3 Hz和10~50 Hz的频段内对振幅影响较大,底板厚度在50 Hz以下对振幅影响较大。因此,在厂房防微振设计时,适当增加底板厚度和阻尼可减小中低频振动,从而达到较好的减振效果。     

地铁振动作用下穿越地裂缝隧道-地层动力响应模型试验研究

以西安地铁工程为背景,设计了穿越地裂缝隧道——地层动力响应试验模型,开展了地铁振动作用下穿越地裂缝隧道——地层相互作用的动力模型试验,揭示了地裂缝活动及地铁列车振动时对位于地裂缝处地层的动力响应规律。试验结果表明:在地裂缝未活动时,隧道拱顶位置的加速度响应与拱底相比,其值相对较小,表明地铁列车振动引发拱底部的振动加速度,通过衬砌传递至上覆岩土体时,加速度发生了显著的衰减;当地裂缝上盘下降时,隧道拱底及拱顶测点产生的振动响应比地裂缝未活动时明显更为强烈。表明地裂缝的活动对隧道结构振动特性具有显著影响;受地铁列车运行位置变化和地裂缝上盘下降的双重影响,地裂缝两侧土体振动加速度幅值有明显的差异,这会对隧道结构的振动特性造成不利影响,在设计中应采取适当措施,防止造成隧道衬砌的局部损伤或破坏。     

钢板桩施工振动现场监测分析

本文采用自主设计的地面振动加速度监测系统对3个不同土性场地的钢板桩施工进行了现场监测,分析了钢板桩施工过程中的地面振动峰值加速度和振动频率特性,并探讨了振动衰减规律及对周边建筑物的影响。研究结果表明:土的强度对钢板桩施工振动的影响显著,钢板桩在低阻力土体中的贯入速率快,地面振动响应弱,而在高阻力的土体中贯入速率慢,地面振动相对大很多;钢板桩施工引起的地面径向和切向加速度在同一深度比较接近,且随着深度的增加有增大的趋势;振源距离和土性对钢板桩施工引起的地面振动主频率影响不大,地面振动主频率与桩锤施工频率之间呈较好的线性正相关关系;钢板桩施工振动在距振源4 m范围内衰减迅速,其施工对周围建筑物的最小安全距离要远小于挤土型桩基的施工。     

秦沈客运专线路桥（涵）过渡段路基的动力特性分析

基于离散的Fourier变换原理,对过渡段基床振动加速度进行频域分析,获取了基床表层的振动加速度幅值谱、功率谱、相位谱以及线路不同横断面的基床表层振动第一主频值随速度变化规律;通过对过渡段路基不同工况下动态响应的原位测试,分析了路桥(涵)过渡段线路纵向的动态响应以及车速、轴重与动态响应之间的关系和动应力沿路从深度方向的变化规律等。上述这些数据分析结果,为高速铁路过渡段的设计与施工提供了重要参考。     

青海热水煤矿多年冻土区列车引起的地面振动检测与模拟

对热水煤矿铁路多年冻土地段的地面振动情况进行了现场实测,得到了列车经过时多年冻土地表振动加速度的衰减情况,在此基础上对列车运行时所引起振动在冻土区地面振动问题建立了数值分析模型.数值分析得到的结果与现场实测吻合较好,为研究多年冻土振动问题提供了分析方法.     

九寨沟MS3.2级余震薛家坝坡体地震动响应特征

为研究余震对山体的地震动响应规律,在九寨沟薛家坝斜坡山体安装地震台阵,对斜坡表面以及斜坡内部不同深度地震动进行监测研究。M_S3.2级余震触发了山脚及山顶4台强震记录仪,数据揭示:位于斜坡表面凸出位置的山体地形,地震的放大作用明显,同时水平向的加速度峰值大于垂直方向;对比山脚,斜坡表面2#-1监测点加速度峰值PGA最大,阿利亚斯强度值放大5倍以上,放大效应最大的方向在垂直向,加速度达到2.48倍,阿利亚斯强度达到5.24倍;随着向山体内部水平深度的加深高位放大效应逐渐衰减,PGA最大值由洞口2.48下降到2.03,阿利亚斯强度响应系数最大值由洞口5.84下降到3.92;自坡体表面水平向内,各监测点加速度峰值逐渐减小,在0~25 m内自坡表面向内加速度峰值下降最快,坡体内部下降幅度变小;傅氏谱表明,山脚的频率成分范围0~50 Hz,主频值大小为23 Hz左右,2#-1监测点频率范围较山脚未有明显变化,但主频值明显减小,在5 Hz上下;在斜坡上洞口傅氏谱频率成分复杂,随洞口向洞内水平加深,各监测点幅值及频率成分逐渐降低的趋势。研究表明,在地震作用下,随着加速度幅值的增大,地震动能量会呈几何倍数的增加,且山体表面是地震动能量最大的位置,若短时间振动能量超过岩体的强度,则会出现崩塌、滑坡,同时对工程建设的安全有极大的影响。     

列车运行对周围地面振动影响的试验研究

针对日益严重的轨道交通引起的环境振动问题,通过对京―广铁路线附近某小区内地面的竖向、横向振动速度和加速度的现场测试,研究了运行列车引起的地面振动及其传播规律。由试验分析可知,列车引起的地面振动速度、加速度振级均随着列车速度的提高和轴重的增加而增大。速度每小时提高10 km时,速度振级和加速度振级均增大约3 dB;车速相同的货车比客车引起的速度振级竖向大10 dB左右,横向大5～15 dB左右;加速度振级竖向大 12 dB,横向大8 dB。钢轨接缝附近地面的振动比无接缝附近的地面振动大,速度振级大2～6 dB。振动随着距振源距离的增大而逐渐减小,竖向振级的衰减过程表现出一定的波动性;横向振级的衰减随距离增大单调减小。     

路基高架过渡段高铁运行引起的地表振动现场试验研究

高速列车(HST)诱发的振动可能对周边生活、仪器运营甚至建筑安全造成负面影响,已引起学者和政府的关注。在京-沪(北京至上海)高铁段开展大量的路基高架过渡段场地振动现场实测,同时记录列车运行速度在250～350km/h之间的场地垂向、横向和纵向三个方向的振动,分析其在时域、频域及振幅在不同距离和车速下的特性,基于加速度级评价过渡段高铁引起场地振动的水平。分析结果表明,垂向振动通常在近场范围内占主导,在中远场和水平向振动相当;距离轨道20m左右范围存在振动区;地面的主要振动频率通常是与列车的几何尺寸和轨道的不均匀性相关的特征频率的n倍。测试结果对于研究高铁环境振动及数值的验证具有重要意义。     

基于摩擦纳米发电机的耐高温井下振动传感器研制

过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动频率时,试验显示其测量范围为0~8 Hz,测量误差<4%,信噪比高,抗干扰能力强,且输出信号幅值与传感器和振动源的距离成反比。当该传感器用于发电时,试验显示振动频率越高其发电量越大,其在8 Hz工况下的输出电压、输出电流和输出功率分别为70 V、12 ×10^-7 A和4.2×10^-5 W,展示出了其作为井下分布式发电机的潜能。此外,该传感器可在温度<180 ℃以及相对湿度<90%的环境下正常使用,具有很强的适应性。     

花岗岩地区地铁隧道爆破振动传播规律研究

青岛为典型花岗岩地区,地铁隧道开挖采用钻爆法。本文首先采用现场实测与统计分析的方法分析了青岛地铁3号线3个工点的隧道爆破监测数据,较为系统地研究了钻爆法施工条件下地表及邻近构筑物的最大振速、主频分布与爆破参数的相关关系,采用线性回归法拟合出包含上述因素的经验公式。采用数值模拟手段,模拟爆破条件下地表及临近建筑物的振动的响应,并将模拟结果与实测数据进行对比,研究主要结论如下:(1)最大振速随比例距离基本呈指数的形式衰减,随着比例距离的增加,最大振速值逐渐减小; (2)爆破引起的振动主频随比例距离分布较为随机,无法建立两者之间的数学模型,主频多在20～70Hz范围内; (3)建筑物内部中三矢量方向上的最大振速均随着楼层的增高呈一定的增加趋势,建筑物外部的地表振速要大于内部质点的速度。     

秦－沈铁路列车运行引起的地面振动实测与分析

秦皇岛－沈阳铁路是国内一条快速客运专线, 2002年由铁道部组织了第2次综合试验,对垂直线路不同距离、不同行车速度下的地面振动进行了现场测试。首先分析了实测地面竖向振动加速度特征,重点讨论列车编组及行车速度对地面振动的影响。将轨道作为弹性地基上的梁,考虑轨枕的离散作用,建立了运行车辆-轨道-地面振动模型。基于薄层法原理,推导了柱坐标系下的二次形函数薄层法,求得分层土体的稳态响应,首次对秦皇岛－沈阳快速客运专线产生的地面振动进行了分析。结果表明：移动轴重作用率对加速度频谱起控制作用;因列车速度远小于地基的瑞利波速,故未出现地面振动放大现象;振动加速度与轮轴荷载呈线性增加趋势。     

重复列车荷载作用下季节性冻土区桥墩-基础场地振动特性及长期变形分析

基于高速列车运行引起的轨道-桥梁-桥墩-季节性冻土区场地的地面振动和沉降问题, 选取哈大高速铁路铁岭至四平段某桥墩及周围基础场地为测试段, 对实测数据从时域和频域两方面进行分析, 研究了桥墩及周围不同场地的振动特性, 结果表明:桥墩和基础场地的振动特性存在很大的差异, 基础场地对振动有放大效应, 且不同基础场地对振动的放大效果也明显不同。结合实测概况建立了桥墩-基础场地有限元数值模型, 分析桥墩及基础场地在不同季节的振动传播特性, 以及基础场地土体内部的应力分布情况, 并利用累积塑性应变模型对重复列车荷载作用下季节性冻土区基础场地的沉降变形进行分析, 发现场地振动加速度峰值随与桥墩距离R的增大而衰减, 且在冻结季的振动衰减速度明显小于非冻结季的; 基础场地地表的累积沉降在距桥墩R=0.5 m处最大, 且随着列车荷载作用次数的增加而增加, 最后逐步趋于稳定。     

饱和软土层地铁列车运行引起的环境振动研究

我国沿海地区大量的地铁隧道都修建在饱和软土地层,饱和软土地层中地铁列车运行引起的环境振动逐渐成为社会关注的问题。以上海2号线某地铁区间隧道为研究对象,采用循环运动模型本构模型和水土耦合动力分析方法,分析了饱和软土中地铁列车运行引起的地表振动加速度以及振动位移响应规律,采用加速度振级对地表的振动强度进行了评价,分析了单次列车通过时引起的隧道下卧土层超孔隙水压力（EPWP）响应规律。计算结果表明,饱和土的振动响应比干土要小得多,地表水平向与竖向的振动规律明显的不同,超孔隙水压力沿隧道下方沿向是不断减少的,在距离隧道中心的纵断面上是先增加后减少。分析饱和土中地铁运行引起的环境响应规律,可为地铁沿线建筑物减隔振设计及沉降控制提供一定依据。     

地裂缝与斜交地铁隧道动力响应数值分析

采用ABAQUS有限元软件建立马蹄形地铁隧道与地裂缝呈60°斜交的计算模型研究地铁运行引起的地裂缝附近地层的振动响应。计算结果表明:隧道附近的土体振动较强烈,距离隧道越远,土体的加速度幅值越小;振动响应较强烈的区域,沿隧道纵向约为120 m,沿竖直方向为隧道下方15 m,与隧道纵向垂直的水平方向上为隧道左右20 m范围;振动在与隧道纵向垂直的水平方向传播时,无地裂缝地带在隧道两侧均匀衰减,地裂缝地带在有地裂缝的一侧振动衰减较快,说明地裂缝对地铁振动在地层中的传播有较强的阻隔作用;地裂缝附近隧道下方土层的振动要比上部土层强烈,传至地表的振动加速度基本衰减为零。      

近接隧道列车运行时地表振动响应数值模拟

鉴于目前城市地下铁路隧道平行、交叠的情况逐年增加,且对多列车耦合荷载作用下地表振动规律尚不清楚,本文建立了大直径盾构隧道下穿双线地铁隧道三维数值分析模型,并通过现有运行列车参数建立了刚体列车模型以及实体轨道模型。采用Hertz接触模拟了运动列车轮与钢轨的接触,通过罚接触与硬接触模拟了隧道与围岩的非线性接触,利用无限元人工边界模拟了无限半空间。使用时域显式整体分析方法模拟了编组列车在隧道内的运行并与实测地表振动加速度结果进行了对比,结果表明本文建立的数值模型能够较好地反映出真实地铁列车运行时地表的振动响应。在此基础上,分析了多线隧道交汇段不同列车运行工况下地表竖向加速度的时频特性以及分布规律。     

兰州砂卵石地层盾构施工振动传播及衰减特性分析

盾构施工诱发周边地表振动已成为突出的环境振动问题。依托兰州某砂卵石地层盾构施工标段,通过隧道-地表同步采集三向振动加速度,研究盾构施工诱发振动在地表50 m×50 m范围内的时域、频域传播规律。结果表明：①地表自由场地加速度随距离的传播呈现先放大后急剧衰减的趋势。X向会出现局部放大反复的现象。②横断面最大峰值为0.33 m/s2,但盾构施工诱发振动将对敏感的古建筑产生不利影响。③50 m范围内地表频率主要以4～80 Hz为主,各频段振动级并非随振源距离的增加单调衰减,与场地土层卓越频率接近的频段存在较大的反弹现象。④在盾构诱发环境振动的评价中应考虑三向振动的影响。     

城轨交通高架线环境振动的仿真与预测

基于轮轨相互作用原理,建立了城轨交通高架线路列车振动荷载激励函数。将该激励力作用在有限元软件建立的三维轨道支承结构和土体传播路径计算模型上,对地铁运行引起的周边环境振动响应进行了仿真模拟,并利用现场实测数据进行了比较和验证。进一步,分析了列车运行速度和场地土特性对环境振动的参数影响。在对各参数的影响特征进行了定量分析的基础上,通过统计分析,建立了城市轨道交通高架线路环境振动的振级预测公式,并利用现场实测数据进行了验证。研究表明,仿真模拟和预测结果能够较为真实的反映城轨交通高架线路运行引起的环境振动的实际情况。     

郑西高铁地面振动实测分析及隔振沟效果研究

高铁列车动载会引起环境振动问题。为研究高速列车运行在高架段和路堤段引起的环境振动差异,文章对郑西线高速铁路展开现场测试,对比分析高架段和路堤段地面振动特征及其衰减规律。测试结果表明,路基段的振动响应大于高架段,高架段近场区衰减作用高于路堤段近场区域。振动传播过程中存在多次反弹增大现象,路堤段地面振动反弹增大位置滞后于高架段。高架段和路堤段的二次反弹增大率均明显大于一次反弹增大率。Z振级随距离的衰减符合对数衰减规律,拟合得到黄土地区Z振级衰减公式,最大偏差均出现在反弹增大区。引入无限元-黏弹性耦合边界条件,建立路堤段三维轨道-土体-隔振沟数值模型分析高速铁路隔振沟对减隔振的影响。研究发现空沟对中高频（30～60 Hz）振动波的隔振效果较低频（1～20 Hz）振动波明显,其具有低通滤波作用。空沟比填充沟隔振效果好,但是考虑到沟壁的稳定性,可在空沟中填入软质材料。研究成果可为高速铁路的设计及其环境振动的评价和控制提供参考。     

凸起地形对铁路环境振动的影响分析

建立了列车作用下路基-凸起地形的二维有限元计算模型,研究了凸起地形宽度、形状、高宽比以及地基土性质对铁路环境振动的影响规律。结果表明,凸起地形减弱了铁路环境振动的地面加速度,明显放大了水平振动位移,对竖向振动位移的影响不明显;随凸起地形宽度、高宽比的增大,水平振动位移的放大效应更为显著;高宽比越大,竖向、水平两个方向地面加速度减小越明显;半圆形、梯形凸起地形对铁路环境振动的影响较为一致,但三角形凸起地形的水平地面加速度在凸起地形顶部出现明显的局部放大,水平振动位移的放大效应较半圆形、梯形地形要明显;地基愈软弱,凸起地形的影响效应越显著。