新建地下结构动荷载对既有地铁盾构隧道的动力相互作用研究
发布时间：2020-12-29 09:07
当前城市轨道交通发展迅速,地铁作为其中的重要组成部分,其优越性体现在时间、空间、经济等诸多方面。大力开发地下空间的同时,新建地下设施不得不穿越邻近既有隧道,造成多个隧道空间位置交叠。一方面导致施工难度极大,另一方面运营期间列车动荷载也会对临近隧道结构、地基土和地面设施产生不利影响。当前,国内外对于振动荷载作用下隧道自身结构的动力响应、对近距离交叠隧道影响的研究甚少,本文采用理论分析、现场及室内试验、数值模拟的方法对振动荷载作用下近距离交叠隧道结构的动态响应进行了深入研究,同时分析了地铁、汽车循环动载下隧道结构的长期沉降,主要工作如下:(1)对国内外地铁、汽车动荷载对隧道结构的动力响应,循环荷载作用下隧道结构的长期沉降问题进行了回顾与总结,对已有研究中存在的主要问题进行了归纳分析。(2)总结了苏州地基土主要工程动力特性,通过现场波速测试、共振柱试验和室内动三轴试验,获得了工程场地的剪切波速、动剪切模量和阻尼比等土体动力学参数。(3)采用理论分析和数值模拟方法,研究了近距离交叠隧道在动荷载作用下隧道结构的动力响应。研究表明:(1)对于有动载直接作用的隧道,加速度响应幅值是拱底>拱腰&...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
测点布置及轨底加速度时程图
（2）数值模拟数值模拟一般是对现场情况的最大程度简化，且因现场测试的开展难度高和不及时性，进行模拟时相关的动力参数通常是按照工程经验取值。然而数值模拟的最大优越性在于可以通过优化模型参数，模拟不同类型工况条件，为后续的工程提供经验指导。因此要提高数值模拟的准确性，需发展系统的数值模型和建立建全以实验为理论指导的动力本构模型。国外，T.M.Dawna 和 C.G.Stanworth 通过数值模拟研究了列车通过引起隧道围岩振动响应、振动对管片厚度的敏感性[13]。T. Vrouwenvelder 等通过建立二维有限元模型，分析研究了层状地基在列车荷载作用下的动力规律[14]。T.Vrouwenverlder 建立二维动力作用模型，研究了列车振动荷载下轨道、道床、侧墙和地面的动力响应规律[15]。Chu建立二维有限元动力模型研究了列车—衬砌—土层的相互动力作用关系[16-17]。Gardie等建立三维动力模型研究了列车行进中的振动传播规律[18]。国内，白冰、贾颖绚、徐海清、于艳丽等建立二维、三维的弹性、弹塑性模型，分别研究了地铁交叠、平行时单列或双列车通过时引起的环境效应和对邻近建筑物的动力响应[19-23]。
NpTsccGR 23~(1各参数取值同式 1.6，其中sc —横波波速，pc—纵波波速。通过式(1.6) ~ (1.9)即定了等效粘弹性人工边界的所有物理参数。（3）模型试验国内外目前关于隧道列车振动的模型试验研究还较少。吴江敏通过室内模型试验观测研究振动荷载作用下，隧道衬砌拱底的动力响应析，得到了拱底充填程度和拱底强度的数学关系[37]。施成华等在既有隧道铺底结构的础上，进行了低速列车通过时隧道铺底结构的动力模型实验，据此提出了合理有效的振型铺底结构类型[38]。黄娟进行了多个加载频率，隧道拱底列车振动的模型试验，研表明仰拱底部受拉为主，环向拉应力大，纵向拉应力小；随着振动频率加大，衬砌动应、轨面累积沉降也逐渐增大[39]。高峰进行了双层隧道的静、动模型实验（图 1-3）研究表明：隧道结构的应力状态变化主要由静力荷载引起，但在某些衬砌位置处动荷影响较大。列车上下交会时，应力集中现象会出现在衬砌个别位置，速度、加速度等理量随着振源距离增大而衰减明显[40]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动荷载对交叉隧道结构影响的动力数值分析[J]. 郭春霞,王开运,李锋宁. 公路. 2016(04)
[2]上海地铁一号线人民广场振动测试与分析[J]. 高广运,朱林圆,李卫华,林健. 地震工程学报. 2014(03)
[3]公路与轨道交通载荷作用下隧道动力响应分析[J]. 王建炜,金先龙,张伟伟. 振动与冲击. 2012(21)
[4]列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究[J]. 高峰,郭剑勇. 铁道学报. 2011(12)
[5]列车荷载作用下紧邻平行多孔隧道的环境振动分析[J]. 于艳丽,徐海清,李振伟,傅志峰,谢伟平. 岩土工程学报. 2011(11)
[6]列车荷载作用下紧邻垂直多孔隧道环境振动分析[J]. 徐海清,傅志峰,梁立刚,王国波,陈梁. 岩土力学. 2011(06)
[7]列车荷载长期作用下隧道地基固结变形的数值分析[J]. 张学钢,黄阿岗,郭旺军. 铁道工程学报. 2011(04)
[8]基于频谱分析的地铁列车运行隧道振动加速度研究[J]. 朱万明,杨柏宁,唐继民. 上海地质. 2010(03)
[9]地铁运行对隧道周围土体的长期影响[J]. 李方楠,胡蒙达,吴怀娜,马磊. 低温建筑技术. 2010(06)
[10]车振荷载引起的软土越江隧道长期沉降分析[J]. 刘明,黄茂松,柳艳华. 岩土工程学报. 2009(11)
博士论文
[1]基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析及疲劳寿命研究[D]. 黄娟.中南大学 2010
[2]地铁列车引起的地面振动及隔振措施研究[D]. 栗润德.北京交通大学 2009
硕士论文
[1]下穿隧道施工空间效应及围岩变形影响与控制研究[D]. 黄清祥.华侨大学 2015
[2]地裂缝带地铁动荷载作用下隧道—地层动力响应数值模拟研究[D]. 杨觅.长安大学 2014
[3]苏州城市轨道交通振动计算与测试分析[D]. 侯晋.苏州大学 2014
[4]岩溶公路隧道施工及运营安全性研究[D]. 马勤国.兰州交通大学 2014
[5]多源载荷作用下隧道衬砌结构安全性分析与控制研究[D]. 颜勇.中南大学 2013
[6]地铁荷载作用下隧道周围土体—结构动力响应与变形分析[D]. 孟光.天津城市建设学院 2012
[7]既有公路下大断面隧道施工围岩稳定性研究[D]. 董敏.中南大学 2010
[8]列车荷载作用下立体交叉隧道结构动力响应分析[D]. 汪伟松.西南交通大学 2009
本文编号：2945386
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
测点布置及轨底加速度时程图
（2）数值模拟数值模拟一般是对现场情况的最大程度简化，且因现场测试的开展难度高和不及时性，进行模拟时相关的动力参数通常是按照工程经验取值。然而数值模拟的最大优越性在于可以通过优化模型参数，模拟不同类型工况条件，为后续的工程提供经验指导。因此要提高数值模拟的准确性，需发展系统的数值模型和建立建全以实验为理论指导的动力本构模型。国外，T.M.Dawna 和 C.G.Stanworth 通过数值模拟研究了列车通过引起隧道围岩振动响应、振动对管片厚度的敏感性[13]。T. Vrouwenvelder 等通过建立二维有限元模型，分析研究了层状地基在列车荷载作用下的动力规律[14]。T.Vrouwenverlder 建立二维动力作用模型，研究了列车振动荷载下轨道、道床、侧墙和地面的动力响应规律[15]。Chu建立二维有限元动力模型研究了列车—衬砌—土层的相互动力作用关系[16-17]。Gardie等建立三维动力模型研究了列车行进中的振动传播规律[18]。国内，白冰、贾颖绚、徐海清、于艳丽等建立二维、三维的弹性、弹塑性模型，分别研究了地铁交叠、平行时单列或双列车通过时引起的环境效应和对邻近建筑物的动力响应[19-23]。
NpTsccGR 23~(1各参数取值同式 1.6，其中sc —横波波速，pc—纵波波速。通过式(1.6) ~ (1.9)即定了等效粘弹性人工边界的所有物理参数。（3）模型试验国内外目前关于隧道列车振动的模型试验研究还较少。吴江敏通过室内模型试验观测研究振动荷载作用下，隧道衬砌拱底的动力响应析，得到了拱底充填程度和拱底强度的数学关系[37]。施成华等在既有隧道铺底结构的础上，进行了低速列车通过时隧道铺底结构的动力模型实验，据此提出了合理有效的振型铺底结构类型[38]。黄娟进行了多个加载频率，隧道拱底列车振动的模型试验，研表明仰拱底部受拉为主，环向拉应力大，纵向拉应力小；随着振动频率加大，衬砌动应、轨面累积沉降也逐渐增大[39]。高峰进行了双层隧道的静、动模型实验（图 1-3）研究表明：隧道结构的应力状态变化主要由静力荷载引起，但在某些衬砌位置处动荷影响较大。列车上下交会时，应力集中现象会出现在衬砌个别位置，速度、加速度等理量随着振源距离增大而衰减明显[40]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]振动荷载对交叉隧道结构影响的动力数值分析[J]. 郭春霞,王开运,李锋宁. 公路. 2016(04)
[2]上海地铁一号线人民广场振动测试与分析[J]. 高广运,朱林圆,李卫华,林健. 地震工程学报. 2014(03)
[3]公路与轨道交通载荷作用下隧道动力响应分析[J]. 王建炜,金先龙,张伟伟. 振动与冲击. 2012(21)
[4]列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究[J]. 高峰,郭剑勇. 铁道学报. 2011(12)
[5]列车荷载作用下紧邻平行多孔隧道的环境振动分析[J]. 于艳丽,徐海清,李振伟,傅志峰,谢伟平. 岩土工程学报. 2011(11)
[6]列车荷载作用下紧邻垂直多孔隧道环境振动分析[J]. 徐海清,傅志峰,梁立刚,王国波,陈梁. 岩土力学. 2011(06)
[7]列车荷载长期作用下隧道地基固结变形的数值分析[J]. 张学钢,黄阿岗,郭旺军. 铁道工程学报. 2011(04)
[8]基于频谱分析的地铁列车运行隧道振动加速度研究[J]. 朱万明,杨柏宁,唐继民. 上海地质. 2010(03)
[9]地铁运行对隧道周围土体的长期影响[J]. 李方楠,胡蒙达,吴怀娜,马磊. 低温建筑技术. 2010(06)
[10]车振荷载引起的软土越江隧道长期沉降分析[J]. 刘明,黄茂松,柳艳华. 岩土工程学报. 2009(11)
博士论文
[1]基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析及疲劳寿命研究[D]. 黄娟.中南大学 2010
[2]地铁列车引起的地面振动及隔振措施研究[D]. 栗润德.北京交通大学 2009
硕士论文
[1]下穿隧道施工空间效应及围岩变形影响与控制研究[D]. 黄清祥.华侨大学 2015
[2]地裂缝带地铁动荷载作用下隧道—地层动力响应数值模拟研究[D]. 杨觅.长安大学 2014
[3]苏州城市轨道交通振动计算与测试分析[D]. 侯晋.苏州大学 2014
[4]岩溶公路隧道施工及运营安全性研究[D]. 马勤国.兰州交通大学 2014
[5]多源载荷作用下隧道衬砌结构安全性分析与控制研究[D]. 颜勇.中南大学 2013
[6]地铁荷载作用下隧道周围土体—结构动力响应与变形分析[D]. 孟光.天津城市建设学院 2012
[7]既有公路下大断面隧道施工围岩稳定性研究[D]. 董敏.中南大学 2010
[8]列车荷载作用下立体交叉隧道结构动力响应分析[D]. 汪伟松.西南交通大学 2009
本文编号：2945386
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