基于桥墩基础场地土体参数的高速列车振动敏感性分析

桥墩侧堆积填土及其物理力学和几何参数对列车振动传播的有重要影响.本文以哈大高铁的铁岭—四平段某桥墩及右侧堆积填土和基础场地为研究对象,建立有限元模型,同时定义“振动变化有效值”,并结合灰色关联度理论,利用现场实测和数值模拟方法揭示桥墩侧堆积填土及其参数对振动传播的影响规律.通过研究分析主要得到以下结论:(1)桥墩顶端支撑垫石的振动特性与堆积填土和基础场地的振动特性具有不同的性质,堆积填土和基础场地对列车振动有明显的放大效应;(2)堆积填土侧的振动加速度级要大于未填土侧的,且在堆积填土的边界位置会出现反弹现象;(3)堆积填土侧的振动加速度级随着堆积填土弹性模量的增大而增大,其密度和泊松比对振动传播几乎没有影响;在距桥墩1m 之内,随着阻尼比的增加堆积填土侧的振动加速度级增大,当大于1m 时,随着阻尼比的增大而其振动加速度级减小;(4)随着堆积填土长度的增加振动加速度级增大,而堆积填土高度变化的范围内,存在一个最优值,使得堆积填土侧的振动加速度级最小,同时,桥墩侧堆积填土的各个参数对地面振动的敏感性大小为:弹性模量＞长度＞阻尼比＞高度＞密度＞泊松比.     

轨道交通引起季冻区饱和土场地环境振动衰减实测分析

为了研究轨道交通荷载引起季节冻土区饱和土场地环境振动的特性及其衰减关系,分别于冬季和夏季对位于黑龙江省大庆市龙凤湿地的轨道交通周围环境振动情况进行了现场观测。通过对垂直轨道方向布设台阵各点实测数据进行分析、处理,得到列车通过时台阵各点振动时程曲线及功率谱。在去除本底振动的基础上,得到轨道交通引起季冻区饱和土场地冬夏两季地面振动衰减曲线。结果表明:随着距轨道中心线距离的增加,振动的最大加速度幅值大体上呈衰减趋势,并且在某些位置存在振动放大区,冬季和夏季振动放大区的位置不同;夏季环境振动衰减比冬季环境振动衰减速度快;近轨道位置冬季和夏季环境振动的能量聚集不同。     

季节冻土区冬季列车行驶路基振动反应研究

为了研究季节冻土区行驶列车引起的含冻土层铁路路基的振动反应特性,在大庆地区季节冻土场地进行了冬季现场试验。试验结果表明:列车行驶产生的路基振动加速度在近轨处具有周期性变化的特征,随着监测点距轨道距离的增大,其周期特性逐渐减弱并消失;季节冻土层的存在对路基竖向振动具有放大作用;列车行驶引起的路基振动加速度随与铁轨距离的增加而减小,并以竖向振动衰减最快;列车行驶过程中会引起环境振动问题,随着距铁轨距离的增大,垂向加速度振级呈递减趋势,时速越小则降幅越大,货车由于轴重大,衰减幅度低于普通客车。     

深季节冻土区列车行驶路基振动数值模拟研究

分析大庆深季节冻土区铁路路基的冬季现场加速度监测结果,获得了列车经过时铁路路基冻结地表振动加速度的时程特性及其衰减规律,并运用动力有限元方法进行了动力响应分析。研究结果表明：①随着列车行驶速度的增大,路基振动加速度亦增大,且重载货车振动响应大于高速客车;②列车行驶引起的路基振动加速度幅值,随着距线路中心距离的增加而迅速衰减;③应用有限元方法分析列车行驶路基振动特性是可行的。本文为研究深季节冻土区铁路路基振动特性提供了一种分析方法,对加深了解深季节冻土区铁路路基振动特性具有重要意义。     

场地条件对高速铁路地基土振动影响的研究

发展高速铁路是解决城市间交通问题的有效途径,但其所产生的振动和噪声引起的环境问题,对铁路沿线居民及周围建筑等造成不利影响。在对高速铁路引起的振动问题进行的研究中,关于高速列车引起的地基土振动随深度变化的相对较少。因此,本文针对Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地条件下的路堤式和高架桥式高速铁路,对0—5m不同深度处地基土的振动加速度响应进行了现场测试,并以测试数据为基础,分析了不同场地条件下高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的变化规律。结果表明,不同场地条件下,高速列车引起的振动加速度响应随深度的变化规律具有显著差异;Ⅱ类和Ⅲ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应总体随深度的增加而逐渐减小,并呈先快后慢的衰减趋势;而Ⅳ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的增加呈现先减小后放大的趋势,在深3m处加速度达到最大值。高速列车运行引起的振动频带随深度的变化特征与场地相关。     

谱时程比方法及其在确定地铁沿线地层场地响应中的应用

利用在北京地铁4号线北京大学东门站附近地铁隧道内和地面场地观测得到的振动数据,提出一种基于独立信号的谱时程比方法,实现了从地铁振动和地面振动数据中提取地层场地响应信息以及土层中的振动衰减信息．该方法对同一观测点不同时间段观测数据的分析结果具有高度的稳定性,经验证与基于钻孔资料地层模型的半无限空间层状介质的理论传递函数的频率响应特征具有良好一致性．同时,基于该方法还对隧道壁与土层振动耦合以及观测点附近浅表土层非弹性吸收带来的综合等效衰减特征进行了评估．研究结果显示,北京大学东门站附近振动场地放大效应的峰值频率主要在3—10 Hz之间,受地铁振动的影响,场地效应在不同测点以及地铁沿线、 切线和铅垂线等3个不同方向显示出一定的差异．      

黄土高填方场地地震动参数特性分析

削山造地后形成的黄土高填方场地对地震动参数特性影响较大。以实际工程项目为研究对象,构造不同填土高度的计算剖面,采用一维等效线性化方法计算土层地震动参数,分析基岩地震动输入参数和填土高度对场地地表放大效应的影响。研究表明:场地地震放大系数随填土层的高度增加呈递减趋势。在多遇地震动和基本地震动作用下,场地地震放大系数递减速度比罕遇地震动和极罕遇地震动作用下要大。当填土高度达到一定程度后放大效应趋于平稳;填土高度的变化,会改变地表加速度反应谱的形状。填土高度越大,地表反应谱长周期的频谱成分越显著,反应谱曲线向后移,反应谱峰值点均明显向长周期移动,并出现多个峰值点,反应谱特征周期值变大;下伏基岩的刚度越大,地表峰值加速度的放大效应越大。地表加速度反应谱特征值相比变小。当填土高度增大到一定程度时,下伏基岩的种类对地表地震动特性影响则不明显。该研究成果对高填方场地的地震安全评价和结构抗震设计提供参考。     

重载列车荷载作用下雅丹边坡的动力响应分析

以新建青海省地方铁路鱼卡至一里坪线经过的雅丹地貌为研究对象,选择邻近已建铁路,对不同速度重载列车引起的地面振动进行现场实时测试,从频域和时域两方面分析振动加速度在雅丹场地中的衰减特性.通过地质勘察,建立雅丹边坡的振动分析模型,利用数值模拟分析存在软弱夹层的典型雅丹边坡在不同运行速度下的加速度和位移响应规律,并计算雅丹场...     

地裂缝-隧道-围岩动力相互作用模型试验研究

为了研究在地铁列车振动荷载情况下盾构隧道-地裂缝-围岩相互耦合作用下的场地灾害效应,从西安地裂缝地质环境和西安地铁2号线的实际工程背景出发,采用相似理论设计了相似比例尺为1∶5的物理模型试验,对盾构隧道、围岩材料、地裂缝等进行了合理设计。基于偏心块的振动原理,课题组自主研发了列车激振器来模拟地铁列车荷载,激振方式采用移动荷载激振方式,分析在不同列车车速和激振频率下地裂缝两侧土体的加速度变化情况,以此来研究地铁隧道-地裂缝-围岩系统在地铁振动荷载作用下的动力响应规律。结果表明,列车振动向下传播时振动衰减的幅度要小于向上传播衰减的幅度,由此为实际工程中减少地铁振动灾害效应技术的发展提供了理论支撑。     

高山峡谷场地地震动水平峰值加速度传播特性研究

建立了高山峡谷场地的动力计算模型,分析了攀枝花地震动作用下场地水平峰值加速度(HPA)的衰减效应,研究了不同参数对场地HPA传播特性的影响。数值分析结果表明:HPA随深度增加而衰减,HPA在坡脚处比在峡谷处要低一些;在山顶处有放大效应,但放大系数比实际震害要小一些;HPA衰减程度随着阻尼比和模型深度的增加而增加,随着坡比增加而减小,且不受输入地震动峰值加速度影响;在不同频谱特性地震动作用下,当地震波的卓越频率接近计算模型的自振频率时,场地衰减程度会随之增大。     

2008年汶川MS8.0地震反应谱平台值衰减特性研究

2008年汶川M_S8.0地震获得了大量的强震动记录, 为研究反应谱特征参数衰减特性提供了重要的基础资料. 本文对已知场地条件的174个台站的记录进行研究, 计算其加速度反应谱并按照最小二乘分段拟合方法进行标定, 进而拟合了反应谱平台值的衰减关系;对比分析了水平方向与竖直方向反应谱平台值的衰减特性, 提出用“平台值的场地衰减影响系数”来定量研究不同场地类型对反应谱平台值的影响, 用“衰减曲线下降速率”来定量分析不同衰减曲线的衰减速率. 通过计算得出水平向Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类场地的平台值场地衰减影响系数平均值分别为0.5358, 1和1.579, 且Ⅲ类场地的加速度平台值衰减曲线的衰减速率最小.      

基于场地效应的地震动特性研究

为了研究强地震作用下,场地类别对于地震动幅频特性的影响,本文统计了3 579条日本地震动的时程,并针对场地类别的不同,分别从基岩和土层的峰值加速度幅值特性角度,以及从标准化反应谱和平均加速度反应谱等频谱特性的角度研究其幅频衰减特性,最后给出了各类场地峰值加速度衰减曲线。结果表明,土层对于地震动幅值和频谱的放大作用会随着场地类别的变软而增加,并且场地越软,远场的长周期特性越明显。利用平均加速度反应谱可以有效地反映频谱中的长周期成分。     

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明：桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20％以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10％-25％左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。     

祁连山主动源观测台站场地响应分析

场地响应是精确测定震源参数和稳健估计出高精度地壳介质衰减变化的关键影响因素之一,采用H/V尾波谱比法,对祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站的场地响应进行了分析。结果表明,祁连山主动源观测台网中40个短周期观测台站均存在不同程度的放大（衰减）作用,根据40个台站观测波形的尾波场地响应曲线特征,可将其分为平坦类、放大类、高频衰减类,在1~20 Hz频段内部分台站场地响应曲线呈现平坦,场地响应值为1~2倍;而大部分台站在不同频段有明显放大（衰减）作用,场地响应值为0.3~9倍。台站台基岩性可能是决定场地响应曲线特征和大小的主要因素,且与台基介质密度具有反相关性。     

集集地震中场地条件对地震动特性的影响

文中将921台湾集集地震主震的404组强震记录按照不同震中距和场地类别分组,对加速度水平分量和垂直分量的持时、峰值加速度(PGA)、包络线、反应谱比值进行了统计分析。结果表明,场地条件对不同分量加速度时间历程的若干特征有显著的影响,而且比较复杂。此外,断层方向对地震动水平特性也有一定的影响。具体研究结果为:1)地震动水平分量的持时随着场地依次变软而增大;2)断层方向对PGA衰减特征有一定影响;3)不同震中距离和场地条件下集散的时间里程的包线基本上都是单峰点的时间函数;地震动加速度水平分量包络线与竖向分量包络线有明显的不同;4)在震中距相同的条件下,场地愈软弱,周期愈短,谱比值EW/SN愈接近1。场地愈软,在短周期(<0.1s)段,V/H谱比值是变大的趋势,而在长周期(>特征周期)段则是变小的趋势;而且相对来说V/EW谱比值随场地变软而减小的趋势相对要强一些     

无砟轨动车组运行激励场地振动谱分析

为研究CRH2动车组在无砟轨道段运行引起的场地加速度振动的频谱特性,本文对我国首条无砟轨道段(渝遂铁路二岩隧道—湾里头隧道段)动车组运行时的场地振动进行了现场实测;对实测竖向振动加速度时程进行1/3倍频谱分析表明:地面竖向振动加速度随着与振源距离的增大而明显衰减,随车速增大场地振动强度增强;应用正交HHT变换,对加速度时程进行了Hilbert谱分析,获得了地面竖向振动加速度的主频为10~120Hz、振动传播高频成分衰减较快等频谱特性;最后,将Hilbert边际谱与傅里叶谱进行了对比分析,得到了两种方法分析振动信号频谱特性表现出的差异性。     

城市轨道交通微幅振动对西安南城墙的影响分析

为了评估轨道交通微幅振动对文化遗址的影响,进一步保护古建筑,本文以西安地铁二号线为工程背景,以南门区段古城墙为研究对象,通过建立"基础土层一上部结构"三维空间有限元计算模型,分析了地铁列车振动荷载的数定形式,应用瞬态分析对西安地铁二号线列车振动引起的西安南城墙的动力响应进行了分析。研究了城墙在不同的地铁列车时速作用下、单向隧道地铁和双向隧道地铁振动时的动力特性以及振动衰减规律,分析了具有最不利影响的列车运行状况,为城墙的保护提供依据。     

打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律研究

为研究打桩荷载作用下自由场土体振动衰减规律，建立了考虑桩-土相互作用的二维有限元数值模型，并通过Lamb问题解析解验证了数值模型的有效性。通过分析打桩深度、土体阻尼比、打桩荷载等级和土质条件等因素的影响，研究了土体表面振动特性及振动衰减规律。参数分析表明，打桩深度对微振动的影响较小，在距振源一定距离处的土体表面振动响应基本保持一致；土体阻尼比对土体表面振动的影响显著，阻尼比越小，土体表面振动响应越剧烈；不同场地软硬条件影响微振动的限制距离，在一定距离范围内，土质越软，土体表面振动响应越显著，防振距离越长。基于参数分析结果，对峰值速度衰减曲线进行拟合，拟合公式计算结果与模拟结果较吻合，可为振动敏感建筑场地的选择提供参考。     

地铁交通引起的环境振动的实测与分析

本文根据现场实测数据,对某地铁交通1号线沿线典型区段引起的环境振动实况和振动特性及传播规律等进行了分析研究。结果表明,地面振动Z振级主要由测点到轨道中心的水平距离决定,并且在离开地铁隧道中心线一定距离范围内,地面振动Z振级存在振动放大区。此外,本文还根据实测资料和现有研究成果提出了该地铁1号线引起环境振动Z振级的统计回归公式。该式从数学表达式的角度反映了振动信号的放大效应,可为预测或估计地铁运营诱发的环境振动提供参考。     

高速地铁列车竖向振动特性分析

高速地铁列车是一种运行速度可达160 km/h远高于普通地铁最高速度80 km/h的新型地铁列车。其车辆力学特性与高铁列车基本相同,其轨道运行条件与普速列车轨道运行条基本相同。地铁列车竖向振动影响列车上部结构供电及受力性能,目前高铁及普速列车在各自轨道上运行时列车的振动特性研究较为成熟,但高铁列车在普速铁路上运行时的振动特性的研究尚属空白。聚焦高速地铁列车在普速轨道上运行时的车辆振动特性,基于OpenSees软件建立普速及高速地铁列车的车-轮-轨二维有限元模型;利用我国普速轨道谱考虑其频谱特征随机生成20个440 m长轨道不平顺样本;通过有限元法分析了普速和高速地铁列车在不同运行速度及不同平顺程度下的竖向位移响应及统计参数,研究了高速及普速地铁列车竖向振动随运行速度的变化规律。研究表明：高速地铁列车与普速地铁列车的不平顺轨道振动远大于平顺轨道振动。高速列车与普速列车在竖向振动随速度变化特性上存在差异,高速列车的竖向振动位移幅值远小于普速列车,相较于普速列车振动更加稳定。