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。     

竖向激振力下WIB-Duxseal联合隔振试验研究

轨道交通、动力机器、爆破施工及打桩等人工振源会对邻近建筑物的正常使用、精密仪器的加工和使用及人们的生活产生危害,环境振动控制已成为土动力学研究的热点。提出一种带孔波阻板填充Duxseal的联合隔振方法(简称DXWIB),并对其在0～3 s简谐垂直激励下的隔振性能进行现场试验,对比测试DXWIB隔振体在不同嵌入深度、厚度、激振力和激振频率下的地面振动加速度,分别计算了加速度和位移的均值、幅值,并绘制了A_R曲线。试验结果表明:与水平方向相比,DXWIB屏障对地表竖向振动的隔振效果较优;DXWIB屏障隔振效率随距离变化不均匀,地基中埋置DXWIB时,地表位移振幅衰减系数均小于1;与DXWIB厚度、激振力和激振频率等影响因素相比,DXWIB顶面距地表距离对隔振效果的影响最为显著,并存在最佳埋置深度和临界厚度;DXWIB改善了WIB只适用于10 Hz以下低频减振特性,提高了减振的频宽,从试验数据来看,在5～70 Hz频率下均有良好的隔振效果。     

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。     

高铁列车荷载作用下桩网复合地基振动特性模型试验

桩网复合地基是高速铁路广为应用的基础形式之一,其在高速列车荷载作用下的振动响应对列车运营安全和周围环境有着至关重要的影响。基于此,以现浇X形桩为对象,建立了桩网复合地基大比例尺模型,开展了桩网复合地基在高铁列车荷载作用下的动力响应特性研究,揭示了加载频率、加载幅值及振次的改变对桩网复合地基振动速度影响的规律。试验结果表明：速度响应幅值沿着路堤横向衰减较快,路堤耗能作用显著,列车运行产生的振动对周边环境影响较小。速度响应幅值沿桩网复合地基深度方向的衰减规律与横向振动传播规律有所不同。速度响应幅值从轨道板与钢筋混凝土底座到基床表层,衰减最快;加筋碎石垫层次之,相当于一个隔震垫层;地基中桩的存在使振动衰减变得缓慢,使由列车运行引起的振动影响深度加大。速度响应幅值随着加载频率的增加而逐渐变大,在25 Hz时出现峰值;速度响应幅值随着加载幅值的增加逐渐变大;速度响应幅值随着振次增加而基本保持不变。     

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。     

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。     

振动频率对饱和黏性土动力特性的影响

在回顾加荷频率对土样动力特性影响的研究基础上,采用某土石坝心墙防渗黏性土饱和试样,通过动三轴试验,研究了振动频率f对土样动力特性的影响。动强度试验结果表明：当 0.1～4 Hz时,动强度随f的升高而增大,但f继续升高后,动强度却有下降趋势。当 0.1～1.0 Hz时,频率愈高动孔压比愈大;当 1.0～6.0 Hz时,总的趋势为频率愈高,动孔压比愈小。表明频率较高时,动孔隙水压力来不及上升和扩散。较高频率f持续作用下,试样有吸水现象并伴随动孔压的下降。动模量阻尼试验结果是：f愈低,试样动变形开展愈充分;f愈高,动模量和阻尼比愈大。     

强夯激励下黄土边坡动力响应模型试验研究

设计并完成了1:20比尺的黄土边坡大型动力模型试验,探讨了模型试验中的相似律、边界条件处理等问题;研究了强夯激励下黄土边坡的动力特性变化规律与动力响应规律,以及边坡坡率对动力特性和动力响应的影响。试验结果表明,边坡坡率越大,动力响应幅值越大;强夯激励下黄土边坡的动力响应幅值均随冲击荷载作用而产生并迅速衰减;振动周期在1 s之内,主频率在25～45 Hz之间,不会出现振动叠加现象。强夯激励下黄土边坡对径向加速度的放大效应更显著,下部边坡以竖向振动为主,上部边坡以径向振动为主。黄土边坡的边缘部位对强夯冲击振动的反应幅值较之内部存在放大现象。沿坡高方向,边坡对输入加速度具有明显的放大作用,坡顶处的放大效应最为显著。试验结果有助于揭示黄土边坡在强夯激励下的动力响应规律,为黄土地区的工程设计和施工提供有益的参考     

地铁环境振动对建筑场地影响实测分析

为评价地铁环境振动对某中心城区拟建住宅办公楼的影响,本文使用高灵敏度测试仪TROMINO对该建筑场地进行了24 h环境振动测试,得到了场地3个方向加速度和速度的实测数据。采用1/3倍频程分析法对实测数据进行处理,分析了不同时段场地振动变化规律,并将分析结果与国际标准ISO 2631关于此类建筑场地的振动限值进行对比。结果表明:有地铁运行时的环境振动峰值远大于无地铁运行时;无地铁运行时,地面振动加速度幅值介于10-5~10-1 gal之间,且无明显振动主频;有地铁运行时,振动幅值介于10-4~100 gal之间,并在晚高峰时段达到最大值0.8 gal;地铁运行引起的地面振动主频介于40~50 Hz之间。低频段内（2~8 Hz）场地振动加速度最大值约为0.030 gal,中高频段内（8~250 Hz）场地振动速度最大值为26.715 μm ·s-1,均满足标准要求。     

铁路交通引起的地面振动荷载确定

随着铁路交通建设的快速发展,铁路交通运行引起的环境振动日益引起人们的关注。为了更好地研究地面振动荷载的特性及其传播规律,根据列车本身的结构和道床结构特性,将钢轨、轨枕、道床以及高出地面部分的路基作为整体,建立车厢-转向架-道床结构体的地面振动荷载二系弹簧计算模型,通过分析现场测试得到的地面振动速度数据和车辆自身的振动情况,并利用傅立叶变换程序FFT对地面振动荷载数据进行傅立叶变换,得到地面振动荷载的数定表达式。     

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。     

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。     

地下商场结构对地面运动影响的振动台试验研究

为了研究地下空间结构对场地地震反应的影响，以一个三层地下商场结构为原型，设计并开展了土?地下空间结构动力相互作用振动台模型试验，研究了在6条不同卓越频率输入地震波在不同峰值加速度下场地地震反应的变化规律。试验研究结果表明：（1）地表水平加速度放大系数以结构中轴线为对称轴呈对称分布，地下结构显著影响上方及邻近场地的地表水平加速度。同时，由于地下空间结构的局部场地效应影响，即使在水平地震输入下也将导致场地产生竖向振动，地表竖直加速度放大系数呈M形分布。地下空间结构的影响范围可达到其两侧各一倍宽度距离。（2）地表加速度放大系数受输入地震波卓越频率的影响明显，且随着输入地震波的峰值加速度（PGA）的增大而降低，但空间放大系数随着PGA的增大而增大。（3）地表加速度Fourier谱的峰值频率受输入地震波的卓越频率、场地水平方向的固有频率和竖向固有频率的综合影响。     

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。     

九寨沟MS7.0级地震斜坡地震动响应监测研究

通过在九寨沟县聚宝山不同位置处布设微震监测仪器,采集到了九寨沟M_S7.0级地震后几次典型的余震监测数据。对地震动监测剖面上1#（1414 m）和2#（1551 m）监测点的余震加速度响应数据进行系统的研究,表明:（1）孤立突出山体的地形放大效应显著,各监测点的水平向加速度幅值一般要大于竖直向;（2）在地震过程中,聚宝山近SN走向的山脊沿水平东西方向震动更为猛烈,即沿东西两侧发生猛烈"甩动",形成沿山脊走向发育的地震裂缝。对余震监测数据的研究证实了斜坡地震动方向效应的存在,聚宝山山顶处的2#监测点水平东西向峰值加速度放大效应明显强于其他方向,地震波能量在水平东西向上得到显著放大,因而坡顶处建筑物也更容易沿该方向发生破坏,证明了局部地形对斜坡地震动力响应具有控制效应;（3）2#监测点竖直向主频值主要为6~12 Hz,水平东西向主频值主要为5~8 Hz,水平南北向主频值主要为5~10 Hz,其水平东西向主频率值主要为低频成分;相较于1#监测点,2#监测点各向的主频值发生明显衰减,即随着高程的增加,地震动主频值呈现出减小趋势,在斜坡上部地震波以中低频为主。通过进一步地计算分析得出,九寨沟地震诱发单薄山脊、条形山体、多面临空山体等地形放大效应与地震波半波长密切相关,斜坡在局部地形尺寸与地震波丰富的波长成分的耦合作用下,地形放大效应显著,山体震害发育。     

海相沉积软土动强度与孔压特性试验研究

以宁波轨道交通1号线②、③和④层海相沉积软土为对象,进行GDS单向振动三轴试验,研究了不同动应力幅值和频率作用下软土的动强度与孔压特性。结果表明：相同动应力状态下,等向固结时的强度要比K0固结时的强度大;在相同动应力幅值条件下,频率越高,强度越高;动应力越大,试样强度越大,发生硬化现象。随着振动次数的增加,孔隙水压力也不断增大,仅③层粉质黏土夹砂层在应力幅值为5 kPa时孔压有稳定趋势。最后,通过对动三轴试验数据进行拟合,得到了模型参数,其结果可以用来预测循环荷载作用下土体的累计孔压。     

高架轨道交通引起的地表振动参数化分析

基于Abaqus软件64CPU并行计算集群平台,建立了车辆-轨道-高架桥-基础-地基耦合的三维有限元分析模型。得到了不同工况下列车运行时引起的地表振动特征,对地表振动振级随着与桥墩距离增大而衰减的规律进行了参数化分析,结果表明,随着列车车速的增大,地表振动振级明显增大;与空载时相比,列车乘客满载时仅靠近桥墩处的地表振级略微增大,对远处几乎无影响;列车车厢数量对地表振动振级的影响不明显;列车双线运行时引起的地表振动振级比单线运行时有明显的增大。扣件刚度的增大会略微减小地表振动振级。随着桩长的增加,地表振动振级有较大幅度的减小;增加桥墩的跨度能减小地表振动振级,但增加到一定值时再增加也不会有明显的减振效果;桥墩高度对地表振动振级无明显影响。随着场地土层剪切波速的增加,地表振动振级呈逐渐减小的趋势。