地铁引起的土层与建筑物振动响应及其减振研究

地铁列车运行会给上部建筑带来振动噪声问题,因此,有必要对地铁列车运行引起的地层和建筑物振动响应及其减振措施进行研究。以杭州市未来科技城第三初级中学的新建项目为背景,首先利用ABAQUS软件分别建立普通整体道床和钢弹簧浮置板2种轨道结构下的车辆-轨道耦合动力模型,通过瞬态动力分析确定相应的列车移动荷载;然后利用MIDAS GTS NX软件建立隧道-土体-桩-建筑物三维有限元模型,以车辆-轨道耦合模型动力分析得到的列车荷载作为动力激励,对隧道-土体-桩-建筑物模型进行动力分析,预测地铁运行引发的土层和建筑物振动响应,对钢弹簧浮置板轨道结构的减振效果进行评估。结果表明：地铁运行引起的土层和建筑物振动以竖向为主;建筑物的优势频率出现在20、38和55 Hz附近;不同建筑物的振动加速度幅值随着与振源距离的加大而逐渐减弱;通过与普通整体道床轨道相比,钢弹簧浮置板轨道对建筑物减振有着显著的效果,其z振级最大值在25.3～42.3 dB之间,低于规范规定,为安全范围。     

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。     

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。     

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。     

隧道原位扩建对邻近建筑物影响评估的研究

以重庆机场路渝洲隧道原位车道扩建为8车道工程为背景,通过文献调研、数值分析、监控量测和爆破监测等手段,对隧道原位扩建形式比选、扩建开挖对邻近建筑物变形影响和扩建爆破作业对邻近建构筑物影响等开展研究, 得到如下结论：（1）隧道原位扩建有单侧扩建、两侧扩建和周围扩建3 种形式,从施工力学分析,单侧扩建形式最优;（2）渝州隧道地表最大沉降曲线与小净距隧道类似;（3）地表沉降槽曲线的影响半径为40 m左右;（4）渝州隧道最大地表沉降差距离中线约10 m和30 m,实测临近建筑物沉降满足规范,建筑物安全;（5）爆破振动监测显示临近隧道和建筑物的振速值均远低于规范限制值,说明既有隧道形成的临空面对于吸收和释放爆破振动能量的作用很大。该研究成果为今后类似隧道原位扩建工程的施工方案提供参考借鉴。     

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。     

野山河码头隧道爆破设计

分析野三河码头隧道爆破施工要求,通过相应的经验公式计算,确定野山河码头隧道的爆破参数,以保证隧道爆破施工过程中所引起的振动速度不大于邻近建筑物的安全允许振速,并保证开挖过程中的效率。     

列车动载作用下交叠隧道动力响应数值模拟

采用上海地铁某区间隧道现场实测振动加速度数据，对南浦大桥近距离交叠隧道在列车振动荷载作用下的动力响应进行了有限元数值模拟。模拟结果表明：上下重叠隧道在动载作用下相互影响显著；随着隧道间净距的增加，相互影响逐渐减弱；对隧道结构而言，土压静载是结构设计的控制荷载，列车振动引起的附加内力增幅较小。     

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。     

列车荷载作用下紧邻垂直多孔隧道环境振动分析

目前常用的关于地铁引起的环境振动评价标准是基于单列车的计算分析结果和实测数据。而随着国内迎来了轨道交通建设的黄金时期,大量近距离多孔交叠隧道不断出现,仍沿用基于单列车的环境振动评价方法将无法真实反映实际的振动环境。武汉市轨道交通2号线与4号线工程在洪（洪山广场站）中（中南路站）区间为4孔紧邻交叠隧道,根据实际工程特点,将其中部分隧道简化为不同净距的四孔垂直隧道,建立其三维计算模型,分析了紧邻多孔交叠隧道在不同净距、不同埋深以及不同列车数量作用下的环境振动及其频谱特性,并对计算结果进行了拟合分析,建议了近似经验公式,确定了环境振动影响范围。论文研究成果可供今后类似工程的环境振动预测和评价提供参考     

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。     

周期排列水平管对地铁振动的隔振性能研究

根据声子晶体理论,提出了一种周期性排列的水平管隔振方法并探讨了其对地铁振动的隔振性能。利用平面波展开法与Bloch定理结合,得到水平管的能带结构。建立轨道?隧道?土体相互作用的三维ABAQUS精细化模型,进一步验证了周期性水平管对地铁振动的减振效果,并探究了水平管材料及其相关参数对隔振带隙的影响。结果显示：数值计算所得的衰减域与理论分析的带隙结果相吻合,周期性排列的水平管对特定频带的振动隔离效果明显且其隔振频带较宽。衰减域随填充材料弹性模量的减小逐渐下移;隔振频带的起始值随桩径的增大而提高;随着轴心间距的增大,衰减域上下限同时减小,同时也在一定程度上降低了整个隔振结构的带隙宽度。计算表明周期性水平管在不同参数条件下的频带范围在40～900 Hz之内。     

航空重力减振系统振动测试与分析

航空重力系统测量中,飞机发动机及机载环境引起的高频扰动将会严重影响航空重力系统的测量结果,而航空重力减振系统是有效解决高频振动的主要途径.因此,航空重力减振系统的减振效果,模态参数(固有频率、阻尼比和模态振型)是减振系统结构设计、评价的重要依据.笔者针对航空重力减振系统进行了多项振动试验,结果表明其固有频率避开了飞机发动机的周期振动频率,并且测点1在100 ～ 500 Hz高频中振动传递率在-18 ～-38dB,减振效果显著.     

A Numerical Study on the Screening of Blast-Induced Waves for Reducing Ground Vibration

Blasting is often a necessary part of mining and construction operations, and is the most cost-effective way to break rock, but blasting generates both noise and ground vibration. In urban areas, noise and vibration have an environmental impact, and cause structural damage to nearby structures. Various wave-screening methods have been used for many years to reduce blast-induced ground vibration. However, these methods have not been quantitatively studied for their reduction effect of ground vibration. The present study focused on the quantitative assessment of the effectiveness in vibration reduction of line-drilling as a screening method using a numerical method. Two numerical methods were used to analyze the reduction effect toward ground vibration, namely, the “distinct element method” and the “non-linear hydrocode.” The distinct element method, by particle flow code in two dimensions (PFC 2D), was used for two-dimensional parametric analyses, and some cases of two-dimensional analyses were analyzed three-dimensionally using AUTODYN 3D, the program of the non-linear hydrocode. To analyze the screening effectiveness of line-drilling, parametric analyses were carried out under various conditions, with the spacing, diameter of drill holes, distance between the blasthole and line-drilling, and the number of rows of drill holes, including their arrangement, used as parameters. The screening effectiveness was assessed via a comparison of the vibration amplitude between cases both with and without screening. Also, the frequency distribution of ground motion of the two cases was investigated through fast Fourier transform (FFT), with the differences also examined. From our study, it was concluded that line-drilling as a screening method of blast-induced waves was considerably effective under certain design conditions. The design details for field application have also been proposed.     

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。     

黏弹性地基中PCC桩扭转振动响应解析方法研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动,把桩看作一维杆,将土体视作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,并与经典平面应变解进行对比,验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响,得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值,而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显;桩长越长,桩顶复动刚度越大,速度导纳振荡幅值越小,但当桩长增大到一定程度时,再继续增加桩长,桩顶复动刚度基本没有改变。