移动荷载作用下圆形隧道的动力响应研究

发布时间：2017-04-11 15:00

  本文关键词：移动荷载作用下圆形隧道的动力响应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的持续发展,隧道工程建设规模在总体上呈现出不断增长的趋势。隧道中列车运营引起的振动及其对周围环境的影响已经成为世界性的研究热点,相关的研究成果可以为隧道线路设计、结构设计和消振减振设计提供理论和技术支持。本文以弹性动力学理论、Biot理论和声学理论为基础,利用Fourier变换方法,建立了单相弹性土,饱和土及水中的圆形隧道在移动荷载作用下的若干解,并根据这些解对上述隧道在移动荷载作用下的动力响应进行了分析。本文的主要研究内容如下:1.对隧道和土体均用弹性动力学方程进行描述,并以解析方法研究了移动荷载作用下弹性土中无衬砌和衬砌隧道的动力响应。对隧道和土体分别引入一个标量势函数和一个矢量势函数来表示其位移。基于Fourier变换方法,建立了柱坐标系下隧道和土体势函数在频率-波数域内的通解。根据隧道的边界条件及隧道-土体界面处的连续性条件,求得单个移动荷载作用下无衬砌和衬砌隧道的解析解,叠加单个荷载的解可得系列等距移动荷载作用下的解,基于系列等距移动荷载的解,可确定系列移动荷载作用下的共振和消振条件。对频率-波数域内的解进行Fourier逆变换,即得时间-空间域内的解。通过数值分析,比较了无衬砌和衬砌隧道时域内响应的区别,分析了隧道和土体的临界速度及系列移动荷载作用下的共振和消振现象。2.对隧道和土体分别用Biot理论和弹性动力学方程来描述,以解析方法研究了移动荷载作用下饱和土中无衬砌和衬砌隧道的动力响应。对衬砌采用与上述类似的方法进行处理,对饱和土体,引入两个标量势函数和一个矢量势函数来表示其固相位移和孔隙水压力。利用Fourier变换方法,建立了柱坐标系下隧道和土体势函数在频率-波数域内的通解。结合隧道的边界条件及隧道-土体界面处的连续性条件,得出了隧道在单个移动荷载作用下频率-波数域内的解。和单相土类似,根据单个荷载的解,可得系列等距移动荷载作用下隧道的响应,进而确立系列移动荷载作用下的共振和消振条件。最后通过Fourier逆变换,即得隧道在移动荷载作用下时间-空间域内的解。通过数值分析,研究了饱和土中的隧道对移动荷载的动力响应,并比较了弹性土和饱和土中的隧道动力响应的差别,研究了隧道的临界速度及系列移动荷载作用下的共振和消振现象。3.对隧道和水体分别用弹性动力学方程和声学方程进行描述,以解析方法研究了水中悬浮隧道在移动荷载作用下的动力响应。利用Fourier变换方法,建立了柱坐标系下隧道和水体的控制方程在频率-波数域内的通解。根据上述通解,并利用隧道的边界条件及隧道-水体界面处的连续性条件,确定了单个移动荷载作用下水中悬浮隧道的解析解。对频率-波数域内的解进行Fourier逆变换,即得时间-空间域内的解。通过数值分析,比较了水中隧道和土中隧道动力响应的差别,分析了水中悬浮隧道的临界速度,研究了共振峰主导频率对时域内隧道和水体响应的影响。
【关键词】：单相弹性土 饱和土 水体 圆形隧道 移动荷载 解析解 动力响应
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题的提出13-14
• 1.2 研究现状14-17
• 1.2.1 弹性土中隧道的动力响应14-15
• 1.2.2 饱和土中隧道的动力响应15-16
• 1.2.3 交叉隧道的动力响应16-17
• 1.2.4 水中悬浮隧道的动力响应17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 弹性土中圆形隧道对移动荷载的动力响应19-40
• 2.1 引言19
• 2.2 弹性土中无衬砌和衬砌隧道的简化模型19-20
• 2.3 弹性土体和衬砌的控制方程20-21
• 2.4 弹性土体和衬砌的控制方程在柱坐标系下的通解21-24
• 2.4.1 弹性土体控制方程在柱坐标系下的通解21-23
• 2.4.2 衬砌的控制方程在柱坐标系下的通解23-24
• 2.5 单个移动荷载作用下圆形隧道的边值问题24-28
• 2.5.1 无衬砌隧道的边值问题24-26
• 2.5.2 衬砌隧道的边值问题26-28
• 2.6 系列移动荷载作用下圆形隧道的解及共振和消振条件28-29
• 2.7 算例及分析29-37
• 2.7.1 对比验证29-32
• 2.7.2 单个移动荷载作用下无衬砌隧道的动力响应32-34
• 2.7.3 系列移动荷载作用下无衬砌隧道的动力响应34-35
• 2.7.4 单个移动荷载作用下衬砌隧道的动力响应35-37
• 2.8 小结37-38
• 附录A38-40
• 第三章 饱和土中圆形隧道对移动荷载的动力响应40-68
• 3.1 引言40
• 3.2 饱和土中无衬砌和衬砌隧道的简化模型40-41
• 3.3 饱和土的控制方程及求解41-47
• 3.3.1 饱和土动力学模型—Biot理论41-45
• 3.3.2 饱和土控制方程在柱坐标系下的通解45-47
• 3.4 衬砌的控制方程及求解47-49
• 3.4.1 衬砌的控制方程47-48
• 3.4.2 衬砌的控制方程在柱坐标系下的通解48-49
• 3.5 单个移动荷载作用下圆形隧道的边值问题49-53
• 3.5.1 无衬砌隧道的边值问题49-51
• 3.5.2 衬砌隧道的边值问题51-53
• 3.6 系列移动荷载作用下圆形隧道的解及共振和消振条件53-54
• 3.7 算例及分析54-67
• 3.7.1 对比验证54-57
• 3.7.2 饱和土和弹性土解的比较57-58
• 3.7.3 单个移动荷载作用下无衬砌隧道的动力响应58-62
• 3.7.4 系列移动荷载作用下无衬砌隧道的动力响应62-64
• 3.7.5 单个移动荷载作用下衬砌隧道的动力响应64-67
• 3.8 小结67-68
• 第四章 水中悬浮隧道对移动荷载的动力响应68-84
• 4.1 引言68
• 4.2 力学模型和相关的控制方程68-70
• 4.3 隧道和水体控制方程在柱坐标系下的通解70-72
• 4.4 单个移动荷载作用下水中悬浮隧道的解72-74
• 4.5 算例及分析74-82
• 4.5.1 对比验证74-75
• 4.5.2 土体与水体中隧道的解的比较75-77
• 4.5.3 移动荷载作用下隧道和水体的动力响应77-82
• 4.6 小结82-84
• 第五章 结论与展望84-86
• 5.1 本文的总结84-85
• 5.2 本文的展望85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 硕士期间(待)发表论文92

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