高速铁路运行引发场地振动的空沟隔振分析

为研究高速列车作用下,层状地基中空沟对场地振动的隔振效果,基于车辆-轨道耦合动力学理论及有限元法,对建立完善高速车辆-无砟轨道-地基耦合系统动力学模型进行仿真计算,分析设置空沟对场地振动的影响,并探讨了空沟的深度、位置、宽度以及列车速度的影响。结果表明：设置空沟加强了沟前场地的振动,但可使空沟后方地基的竖向和水平振动水平大幅减小,但在特定位置存在振动放大区,引起隔振效果减弱;过浅或过深的空沟均不能达到最优隔振效果;对于在线路旁需要特殊隔振的场地,存在一个适用于其本身的空沟最佳位置;空沟的宽度对隔振效果无明显影响;空沟对更高速度运行列车引起场地竖向和横向振动的隔振效果更明显。     

高速铁路填充沟隔振效果的2.5D有限元分析

高铁运行产生的振动对周边环境的影响不容忽视,空沟填充沟是高速铁路有效的屏障隔振方式之一。文中以饱和土2.5D有限元理论为基础,考虑轨道和路基的动力相互作用,建立轨道-路基-填充沟数值计算模型,编制FORTRAN计算程序,分析列车在低速和高速运行条件下填充沟的隔振性能及设计参数对隔振效果的影响。计算表明:填充沟对沟后区域隔振效果较好,且高速列车的隔振效果优于低速列车;隔振后振动频段范围变化不大,但原频段振动竖向加速度幅值有较明显衰减;隔振后加速度振级下降约20 dB,加速度衰减系数衰减至隔振前的0.1倍;填充沟的弹性模量、埋深以及埋置位置对隔振效果均有较大影响。     

移动荷载作用下Gibson地基中Duxseal主动隔振研究

随着中国高速铁路建设的快速发展，移动荷载下路基振动所带来的环境污染日益严重，轨道交通诱发的环境振动隔振已成为土动力学研究的热点之一。为缓解轨道交通诱发的振动污染问题，考虑车-轨道-土体动力相互作用，建立列车-轨道简化分析模型，采用三维半解析半理论边界元法，探究移动荷载下均质和Gibson地基中埋置Duxseal时的隔振效果进行分析并探讨不同Duxseal宽度、厚度及埋深对隔振效果的影响。研究结果表明：在一定范围内增加Duxseal宽度和厚度有助于提高隔振效果，较小的埋深对振动控制有利。Duxseal参数的设计要充分考虑成本和地基参数，地基类型对水平方向的隔振效果影响较小，竖向受土质参数的影响较大。     

层状地基分界面对于空沟隔振效果的影响分析

为研究层状地基的分界面对于空沟隔振效果的影响,采用模型试验,选取三种不同深度的空沟,分别为小于分界面深度和等于分界面深度以及超过分界面深度的三种深度,分析在改变空沟宽度、空沟位置(固定振源即传感器位置,仅改变空沟所处位置)以及激振频率时对三种深度空沟隔振效果的影响。结果表明:当宽度和激振频率发生改变时,深度等于土层分界面处深度的空沟隔振效果变化最不明显;当宽度和空沟位置发生改变时,沟深小于分界面深度的空沟受到的影响最为明显;在激振频率的改变下时,沟深大于土层分界面深度的空沟所受影响最大;当固定其余参数,逐渐增加空沟深度时,深度在变化到分界面处时会有Ar值发生增加现象,该现象受到激振频率影响,激振频率越低,则上升幅度越大,低频的上升区间也最长,即Ar值从出现上升趋势至恢复减小趋势的距离为上升区间。综上结论,在选择隔振沟时应注重上述因素的影响,合理设计隔振沟,使其达到最佳隔振效果。     

均质及双层地基土条件下环形沟隔振效果分析

为了探究均质地基和双层土地基条件下环形沟几何参数变化对其隔振区域的影响规律,及环形沟在不同地基土层中隔振效果的差异,本文建立缩尺比为1: 15的模型试验,以地基土类型、环形沟深度、宽度及圆心角为研究变量,通过开展具体试验进行探究。结果表明:在均质地基和双层土地基环形沟隔振中,环形沟宽度变化对其隔振效果影响较小,环形沟深度及圆心角是影响其隔振效果的重要参数,且深度和圆心角越大,隔振效果越好,但当地基土为成层土地基,环形沟深在临近土层分界面深度增大时,环形沟隔振效果相对减弱;在均质地基和双层土地基中,相同参数条件下,均质地基土较双层地基土具有更好的隔振特性;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域由于振动波的传播特性存在振动增强区域。     

三维层状地基空沟主动隔振分析

基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性,结合二者的优点提出三维层状地基薄层法基本解答,建立了基于三维层状半空间薄层法位移基本解答的半解析动力边界元法。该方法可有效的分析多层场地的动力问题,解决土-结构动力相互作用问题。同时分别对粘弹性上软下硬地基及上硬下软地基的三维空沟主动隔振进行了详细的分析。结果表明,两种情况下采用空沟屏障隔振均可以取得一定的隔振效果;同时,地基分层参数对空沟隔振体系的隔振效果影响显著。     

地铁列车循环荷载试验论证研究

地铁循环荷载作用下饱和软黏土的动力特性研究对于揭示软黏土在地铁荷载下的孔压、强度以及变形模式具有重要意义,可以为控制地铁长期沉降、降低运营风险提供理论依据。试验加载形式的不同会带来不同的动力特性表征,需选取最能反映地铁列车真实性质的荷载形式。本文在列车荷载作用下研究土动力特性,采用室内动三轴试验的方法,对比分析不同形式下动力荷载作用效果。试验研究表明:偏压正弦波可以作为简化波形研究列车荷载,它不仅可以确保加载过程中地基土只有压应力,而且能较好地模拟列车循环荷载。     

空沟、碎石填充沟和排桩隔振效果试验研究

高速铁路、地铁、轻轨等轨道交通迅速发展深入城市内部人群密集地区,对环境产生的振动影响不容忽视。空沟、碎石填充沟和排桩是三种常用的轨道交通隔振措施。通过大比例尺试验,采用加速度作为振动的评价指标,分别研究空沟、碎石填充沟和排桩的隔振效果。各组试验除隔振措施外其他条件均完全相同,使不同隔振措施的隔振效果具有较强的可比性,通过比较三种隔振措施与无隔振措施下影响区的加速度衰减率,评价其隔振效果,同时通过三种隔振措施下距离振源不同位置处的加速度比较其隔振效果。研究成果可为轨道交通隔振措施及方案的选取提供依据。     

轨道交通连续型隔振屏障隔振效果有限元分析

为评价轨道交通连续型隔振屏障的隔振效果,通过Abaqus有限元数值方法,对空沟、填充沟等连续型屏障的隔振效果及其影响因素进行分析。结果表明：隔振屏障前侧振动加强,屏障后侧存在较好地隔振效果,屏障参数的变化对屏障前振动加强效果的影响较小,部分屏障参数的变化对屏障后侧隔振效果存在影响;屏障的隔振性能随屏障深度的增大而增强,受屏障宽度的影响较小;橡胶板墙隔振性能较差,空沟和混凝土板墙的隔振性能较强,空沟的隔振效果强于混凝土板墙;屏障距离路基越近隔振效果越好,建议工程上应用屏障隔振时,屏障靠近路基设置。     

列车荷载作用下准饱和地基波阻板隔振特性研究

基于Biot波动方程,推导准饱和多孔介质控制方程,建立高铁列车-准饱和地基-波阻板(WIB)隔振模型,研究高铁列车移动荷载作用下准饱和地基中WIB隔振性能.以秦沈客运专线工程实例进行算例分析,研究饱和度对WIB隔振性能影响规律及其力学机制,分析不同列车速度、不同饱和度条件下水平x方向、竖向z方向位移振幅衰减系数及频谱曲...     

某高精密设备平台基础隔振措施分析

结合某高精密设备平台基础隔振实际工程,基于UPFs(User Programmable Features)二次开发特点,提出考虑基础-地基-基础动力相互作用计算基础隔振分析的三维有限元方法。该方法首先将动力机器、周围地基以及高精密设备平台基础作为完整的研究对象,通过引入三维紧支黏弹性边界单元模拟半无限地基辐射阻尼效应和远场介质的弹性恢复性能,并在通用有限元软件ANSYS中实现。进而基于最小二乘方法回归分析得到振动衰减关系曲线,通过其与数值分析结果的对比验证计算模型的合理性。最后针对此工程场地条件建立隔振沟减振隔振措施的有限元模型,并对隔振沟影响因素的减振效果进行分析。计算结果表明,隔振沟的位置、深度以及长度是实际工程中需要考虑的重要因素,对其进行合理的选取可获得较好的隔振效果。     

Field experiments on wave propagation and vibration isolation by using wave barriers

In this paper, the obtained results from the experimental studies describe the basic characteristics of wave propagation and ability of possible measures to reduce the impact of soil vibrations on structural response for both active and passive isolation cases. A series of field tests on the foundation vibrations generated by electrodynamic shaker are performed to examine the screening efficiency of open and in-filled trench barriers which are constructed for full-scale measurement. From field measurements of amplitude with and without the barrier, the amplitude reduction ratio is estimated at different points of interest. Wave propagating characteristics and frequency-dependent screening effects of the wave barriers are investigated according to various isolation material stiffnesses. The remarkable outcomes from these experimental studies can be briefly generalized as follows: backfilled trench with softer material than soil is more effective for the passive isolation than the active one. The reduction effects of wave barriers depend on the frequency of vibration source for both passive and active isolation cases. In-situ measurements confirm that vibration screening systems using open or in-filled trench barriers can be applied as a reduction measure for soil vibrations due to a moving load which is considered as stationary wave source in this problem.     

饱和地基中空沟近场隔振的现场试验与二维半解析边界元分析

动力机器运行和车辆行驶等会产生振动污染,危及邻近建筑物安全和干扰精密仪器设备正常运行等。这些振动污染可通过在地基中设置空沟的方式来降低或消除。针对饱和地基上明置动力机器基础的环境振动影响及空沟近场隔振问题,进行了饱和地基上空沟近场隔振的现场试验,并对试验结果进行了无量纲化分析;基于饱和土半解析边界元法,分别推导了动力机器基础环境振动影响和空沟近场隔振的边界元方程;在此基础上,详细研究了空沟对动力机器基础振动影响的隔振效果,分析了空沟深度、宽度和距振源距离对其隔振效果的影响。结果表明:空沟能够有效的降低动力机器基础的环境振动影响;空沟宽度对其隔振效果影响相对较小,而空沟深度对其隔振效果影响较大,为获得较好的隔振效果,空沟深度建议取1倍Rayleigh波波长;空沟距振源距离对其隔振效果也有较大影响,距离越远则隔振效果也越好,当被保护建筑距振源较远时,建议空沟在被保护建筑附近设置。此外,在某些特殊情况下,空沟隔振系统会由于共振现象而出现隔振效果劣化的现象,在工程设计中应予以注意。     

An experimental study of the isolation performance of trenches on ground-borne vibration from underground tunnels

This paper presents a study of the isolation performance of trenches on train-induced ground-bore vibration from underground tunnels. A series of model tests was conducted to perform the study. Both train loads and sinusoidal sweep loads were applied to the model tunnel invert by a shaker. The response of the soil at the surface of the ground was measured by accelerometers. Three types of isolation trenches, i.e., an open trench, an expanded Polystyrene(EPS)-filled trench, and a Duxseal-filled trench, were modelled in the experiment. The results showed that the open trench and the EPS-filled trench increased the dynamic response of the surface soil in front of the trench, but the Duxseal-filled trench had little effect on the dynamic response of the soil on the surface in this area. Although all three types of isolation trenches reduced the response of the soil behind the trench, the open trench and the Duxseal-filled trench were clearly more effective. The test results also showed that, as the excitation frequency increased, the vibration isolation trench was more effective in the near field. The effects of the width, depth, and position of an open trench on isolation performance also were examined in the tests.     

Isolation of plane shear wave using water saturated trench barrier

The article presents a theoretical investigation of the propagation of normally and obliquely incident plane shear waves past a rectangular trench filled up with water saturated soil sandwiched between anisotropic elastic media. The motivation for this work is due to the effectiveness of the isolation of waves by the in-filled rectangular trench. Unlike the most of the previous researchers, this model considers the soil–structure interaction effects and directly determines the influence of barrier in the form of in-filled trench on the mode of wave propagation. It is of interest to determine the reflection and transmission coefficients, and the energy partition distribution of shear waves in the in-filled rectangular trench showing the influence of barrier on the propagation of waves. An extensive parametric study through numerical computation is carried out to investigate the influence of the material properties of the in-filled trench and the amplitude ratios on shear waves. The in-filled trench barrier directly declines the intensity of waves significantly in such a way that the waves do not create any hazards to the nearby structures, if exists at all.     

地铁列车荷载作用下Duxseal-WIB隔振性能数值分析

城市轨道交通快速便捷的同时,地铁运行产生的环境振动问题也日益突出。Duxseal作为一种工业填料,具有良好的阻尼性能并能吸收振动反射能,将其运用到地铁隔振中,提出一种带孔波阻板填充Duxseal(DXWIB)的隔振方法。通过建立三维ABAQUS有限元模型,对比分析波阻板(WIB)、蜂窝状波阻板(HWIB)和DXWIB的隔振效果,讨论DXWIB埋置深度及厚度对隔振效果的影响,并分析基床表层和地面的振动规律。计算结果表明:DXWIB的隔振效果最优,而WIB与HWIB的隔振效果相近;DXWIB在埋深0.5 m厚度0.8 m时隔振效果最佳;基床表层的振动规律表现为由振源向两侧横向传播中,加速度整体呈衰减趋势,而在地面传播过程中,加速度峰值呈先增大后减小再增大的趋势,在距轨道中轴线20 m和50 m处出现局部放大效应。     

轨道交通荷载下桩板结构主动隔振效果研究

为了研究在轨道交通荷载作用下桩板结构主动隔振措施的隔振效果,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法在路基中建立桩板结构模型,并在沙土地基中设置混凝土桩板结构进行模型试验,通过模型试验对有限元数值模拟结果加以验证,将桩长、埋深及置换率3个因素考虑在内,研究其对隔振效果的影响。结果表明:模型试验验证有限元计算方法的可靠性;随桩长增加振幅降低比减小,隔振效果明显,随着振源距离增加其振幅降低比减小明显;埋深为桩板结构主动隔振措施中的主要影响因素,随着埋深增加振幅降低比明显减小,隔振效果越明显;有限元计算过程中置换率对隔振效果的影响不明显,但是在模型试验中置换率对隔振效果影响较显著。