軟土地區高鐵運行引起的環境振動及減振研究

《軟土地區高鐵運行引起的環境振動及減振研究》是依託同濟大學，由高廣運擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：軟土地區高鐵運行引起的環境振動及減振研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：高廣運
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

隨高速鐵路的快速發展，其引起的環境振動對鄰近建築物、精密儀器和設備等有不可忽視的影響，軟土地區尤為甚。我國高鐵多採用高架橋樁基，本課題擬開發一種飽和地基的2.5維有限單元法，分別建立飽和均質及分層地基、飽和橫觀各向同性地基上高鐵荷載作用下樁-土體系動力模型、CFG樁和灰土樁複合地基動力模型，實現編程計算，研究樁-土體系、CFG樁和灰土樁複合地基在高鐵荷載作用下的動力回響、減振機理和環境振動在三維層狀地基中的傳播。分析車速變化、軌道不平順、荷載作用頻率變化對飽和地基中樁-土體系、CFG樁和灰土樁複合地基動力回響的影響規律；研究布樁形式、樁基的幾何尺寸、土層地質條件、滲透係數、土體泊松比和樁身彈性模量等參數變化對減振結果的影響；根據工程實測結果及其與理論預測的綜合對比分析，提出軟土中高鐵運行引起的振動沿地面傳播與衰減的計算公式。研究成果對土動力學、地震工程學、交通工程等工程問題提供理論指導。

結題摘要

我國高鐵發展成就舉世矚目，已建成了時速350km的京滬、京津、武廣和鄭西高鐵等。高鐵運行引起的振動對鄰近建築物、精密儀器等有不可忽視的影響，危害人們的身心健康和工作環境。高鐵振動包括兩個方面：其一，高鐵軌道的振動可危及行車安全和舒適性；其二，振動以波的形式通過地基傳播，將嚴重干擾沿線人們的正常工作和生活。 主要研究內容為：採用2.5維有限元法，分析了高鐵運行引起的飽和地基和橫觀各向同性飽和地基動力回響及層狀地基中填充溝的隔振，研究了車速、軌道不平順、荷載頻率及地基土參數的影響，分析了軟硬土場地地面振動傳播與衰減規律。基於半解析邊界元法，分析了列車運行時層狀和豎向非均勻地基及飽和土中波阻板的隔振效果；採用積分方程法分析了排樁隔振及等效方法。建立了2.5維有限元複合地基動力計算模型，分析了層狀、飽和地基及橫觀各向同性土體中CFG樁及灰土樁複合地基動力回響，研究了車速、軌道不平順、複合地基模量等的影響。建立了車輛-軌道-橋樑-樁土作用模型，研究了高架橋群樁地基動力回響，分析了樁長、樁徑、樁間距和軌道不平順對地面振動的影響及減振。基於現場振動測試，研究了列車軌道不平順等對地面振動的影響。研究了不同內源突加荷載作用下飽和土與襯砌隧道的動力回響。 主要成果為：飽和路基軌道中心處由軌道的共振條件確定豎向振動，軌道外由車速確定，車速等於或接近於地基土剪下波速時引起軌道共振；高速運行時飽和土的地面豎向振動大於彈性地基，車速低時彈性地基大於飽和土；軟土中應力波衰減快於硬土，近軌道處較遠處衰減快；軌道不平順幅值越大、車速越高，地面振動越大，不平順波長大則影響小；表層土參數的振動影響大於下伏土層，地面振動隨滲透係數增大而增大，隨剪下波速的增大而減小；隨波阻板彈性模量、厚度和寬度增大及埋深減小，列車荷載下飽和土中隔振效果增大；分析了4種不同填料填充溝的隔振效果；CFG樁複合路基及墊層可減小高頻-中低頻地面振動，提高了路堤邊坡的動力穩定性；合理調整橋樑跨度與車速組合、合理設計樁長、適當增加樁間距均可減小地面振動，上硬下軟比上軟下硬地基條件的減振效果好；提出了線源和點源荷載作用下地面振動的近場與遠場界線；得到了不同車速和不同地基模型中孔隙水壓力的變化規律。 本研究揭示了高鐵荷載作用下軟土地基的動力回響及減振，可完善土動力學、地球物理學、交通工程等學科理論，具有重要的科學意義和套用價值。