轨道交通引起的软土地基动力响应及沉降
发布时间：2023-10-15 15:22
轨道交通荷载作用下路基和地基的动力行为主要体现为振动和沉降。随着东南沿海饱和软土地区轨道交通设施的大力建设以及列车运行速度的提高,轨道交通引起的振动和沉降问题日益突出,交通荷载作用下软土地基的动力响应和沉降也成为交通岩土领域倍受关注的课题。目前,交通荷载在弹性地基上的动力响应已有了丰富的研究成果,但国内外关于饱和地基相关的理论和试验研究均十分有限。本文以高速铁路和城市地铁为研究对象,基于Naiver和Biot两大弹性波动理论,采用2.5维有限元数值手段与线路现场测试相结合的方式,系统地研究了交通荷载作用下轨道-路基(隧道)-地基的动力响应。本论文主要研究工作和研究成果包括:1.基于Naiver弹性波动理论,推导了弹性地基上的车-轨-路耦合2.5维有限元控制方程,建立有砟轨道,无砟轨道的2.5维有限元分析模型并验证其有效性;实测结果表明:按照我国设计标准建造的有砟轨道路基表面动应力强度远大于无砟轨道,线路状态良好的有砟轨道路基表面动应力约为同等情况无砟轨道路基表面动应力的6倍;数值计算结果表明,当轨道下方的路基-地基尺寸和参数相同时,有砟轨道路基表面振动幅值是无砟轨道的1.1倍左右,路基...
【文章页数】：216 页
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 轨道交通的发展
1.1.2 存在的问题
1.2 研究现状
1.2.1 基于单相介质波动理论的路基动力行为研究现状
1.2.2 基于双相介质波动理论的路基动力行为研究现状
1.2.3 现场试验与模型试验研究现状
1.2.4 交通循环荷载作用下的长期沉降
1.3 本文的主要工作
2 2.5维有限元方法介绍及单相弹性地基求解
2.1 2.5维有限元方法原理
2.2 弹性地基2.5维有限元表达式推导
2.3 模型单元及边界处理
2.4 单相弹性地基验证
2.5 列车荷载表达式
2.5.1 四分之一车体模型
2.5.2 整车模型
2.5.3 整车车-轨-路耦合
2.6 本章小结
3 列车交通荷载在有砟轨道和无砟轨道中引起的动力响应
3.1 有砟轨道轨道-路基-地基耦合模型
3.1.1 有砟轨道轨道-路基-地基耦合模型公式推导
3.1.2 秦沈客运专线有砟轨道现场测试简介
3.1.3 秦沈客运专线有砟轨道数值分析
3.2 无砟板式轨道轨道-路基-地基耦合模型
3.2.1 板式轨道轨道-路基-地基耦合模型公式推导
3.2.2 浙江大学全比尺高速铁路板式轨道-路基系统试验平台简介
3.2.3 无砟板式轨道2.5维有限元数值模拟
3.3 临界速度研究
3.3.1 有砟轨道和无砟轨道临界速度比较
3.3.2 关于临界速度的参数化分析
3.4 本章小结
4 饱和地基中超静孔压响应的产生及累积
4.1 Biot动力控制方程
4.1.1 u-w格式控制
4.1.2 其他格式的控制方程
4.2 u-w格式的2.5维控制方程及求解
4.2.1 边界条件
4.2.2 2.5维有限元推导
4.3 2.5维双相饱和地基验证
4.3.1 弹性地基退化验证
4.3.2 饱和地基验证
4.4 点荷载作用下饱和地基超静孔压响应分析
4.4.1 超静孔压的时程曲线及应力路径分析
4.4.2 超静孔压沿深度的衰减
4.4.3 荷载移动速度和土体渗透系数之比对超静孔压的影响
4.4.4 剪应力及应力比分析
4.4.5 排水距离的影响
4.4.6 土体刚度的影响
4.5 整车荷载作用下饱和地基超静孔压响应分析
4.5.1 列车通过产生的孔压累积
4.5.2 渗透系数的影响
4.5.3 列车速度和渗透系数之比对超静孔压累积的影响
4.6 本章小结
5 地铁运行引起的环境振动及饱和地基动力响应
5.1 测试场地介绍
5.2 仪器布置
5.3 仪器选型与埋设
5.3.1 孔压计安装
5.3.2 振动速度传感器安装
5.3.3 应变片安装与标定
5.4 测试轨道及列车参数
5.5 测试数据及分析
5.5.1 轮轨力测试结果
5.5.2 振动响应测试结果
5.5.3 超静孔压响应测试结果
5.6 宁波地铁2.5维隧道-饱和地基有限元模型
5.6.1 模型简介
5.6.2 模型验证
5.7 地铁运行引起的环境振动
5.7.1 弹性地基与饱和地基振动响应的比较
5.7.2 环境振动评价
5.8 地铁运行在周围饱和土层中引起的动力响应
5.8.1 饱和地基中的超静孔压响应
5.8.2 弹性地基与饱和地基动应力的比较
5.9 本章小结
6 超静孔压的长期发展及固结沉降预测
6.1 成层地基一维非线性固结的HDQM求解
6.1.1 数学模型及基本方程
6.1.2 DQM求解一维固结过程中超静孔压、有效应力和固结度
6.1.3 一维固结问题所用DQM权系数的比较
6.1.4 典型循环荷载及其HDQM转换
6.2 循环荷载下一维固结计算
6.2.1 典型循环荷载作用下的固结特性
6.2.2 矩形循环荷载下的相关参数化分析
6.3 HDQM预测交通荷载引起的超静孔压发展及沉降
6.3.1 时间因子与真实时间的转换
6.3.2 交通荷载的转化
6.3.3 宁波地铁超静孔压发展及固结沉降预测
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 本文研究工作的总结
7.2 今后研究的展望
参考文献
个人简历与科研成果
本文编号：3854160
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致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 轨道交通的发展
1.1.2 存在的问题
1.2 研究现状
1.2.1 基于单相介质波动理论的路基动力行为研究现状
1.2.2 基于双相介质波动理论的路基动力行为研究现状
1.2.3 现场试验与模型试验研究现状
1.2.4 交通循环荷载作用下的长期沉降
1.3 本文的主要工作
2 2.5维有限元方法介绍及单相弹性地基求解
2.1 2.5维有限元方法原理
2.2 弹性地基2.5维有限元表达式推导
2.3 模型单元及边界处理
2.4 单相弹性地基验证
2.5 列车荷载表达式
2.5.1 四分之一车体模型
2.5.2 整车模型
2.5.3 整车车-轨-路耦合
2.6 本章小结
3 列车交通荷载在有砟轨道和无砟轨道中引起的动力响应
3.1 有砟轨道轨道-路基-地基耦合模型
3.1.1 有砟轨道轨道-路基-地基耦合模型公式推导
3.1.2 秦沈客运专线有砟轨道现场测试简介
3.1.3 秦沈客运专线有砟轨道数值分析
3.2 无砟板式轨道轨道-路基-地基耦合模型
3.2.1 板式轨道轨道-路基-地基耦合模型公式推导
3.2.2 浙江大学全比尺高速铁路板式轨道-路基系统试验平台简介
3.2.3 无砟板式轨道2.5维有限元数值模拟
3.3 临界速度研究
3.3.1 有砟轨道和无砟轨道临界速度比较
3.3.2 关于临界速度的参数化分析
3.4 本章小结
4 饱和地基中超静孔压响应的产生及累积
4.1 Biot动力控制方程
4.1.1 u-w格式控制
4.1.2 其他格式的控制方程
4.2 u-w格式的2.5维控制方程及求解
4.2.1 边界条件
4.2.2 2.5维有限元推导
4.3 2.5维双相饱和地基验证
4.3.1 弹性地基退化验证
4.3.2 饱和地基验证
4.4 点荷载作用下饱和地基超静孔压响应分析
4.4.1 超静孔压的时程曲线及应力路径分析
4.4.2 超静孔压沿深度的衰减
4.4.3 荷载移动速度和土体渗透系数之比对超静孔压的影响
4.4.4 剪应力及应力比分析
4.4.5 排水距离的影响
4.4.6 土体刚度的影响
4.5 整车荷载作用下饱和地基超静孔压响应分析
4.5.1 列车通过产生的孔压累积
4.5.2 渗透系数的影响
4.5.3 列车速度和渗透系数之比对超静孔压累积的影响
4.6 本章小结
5 地铁运行引起的环境振动及饱和地基动力响应
5.1 测试场地介绍
5.2 仪器布置
5.3 仪器选型与埋设
5.3.1 孔压计安装
5.3.2 振动速度传感器安装
5.3.3 应变片安装与标定
5.4 测试轨道及列车参数
5.5 测试数据及分析
5.5.1 轮轨力测试结果
5.5.2 振动响应测试结果
5.5.3 超静孔压响应测试结果
5.6 宁波地铁2.5维隧道-饱和地基有限元模型
5.6.1 模型简介
5.6.2 模型验证
5.7 地铁运行引起的环境振动
5.7.1 弹性地基与饱和地基振动响应的比较
5.7.2 环境振动评价
5.8 地铁运行在周围饱和土层中引起的动力响应
5.8.1 饱和地基中的超静孔压响应
5.8.2 弹性地基与饱和地基动应力的比较
5.9 本章小结
6 超静孔压的长期发展及固结沉降预测
6.1 成层地基一维非线性固结的HDQM求解
6.1.1 数学模型及基本方程
6.1.2 DQM求解一维固结过程中超静孔压、有效应力和固结度
6.1.3 一维固结问题所用DQM权系数的比较
6.1.4 典型循环荷载及其HDQM转换
6.2 循环荷载下一维固结计算
6.2.1 典型循环荷载作用下的固结特性
6.2.2 矩形循环荷载下的相关参数化分析
6.3 HDQM预测交通荷载引起的超静孔压发展及沉降
6.3.1 时间因子与真实时间的转换
6.3.2 交通荷载的转化
6.3.3 宁波地铁超静孔压发展及固结沉降预测
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 本文研究工作的总结
7.2 今后研究的展望
参考文献
个人简历与科研成果
本文编号：3854160
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