软弱土地基盾构隧道高速列车动力响应分析

论文摘要

近年来高速铁路在世界范围内广泛发展,我国的高铁建设发展迅猛,高铁技术逐渐成熟,但与此同时铁路交通振动引发的问题凸现出来。为了服务于经济发展,高速铁路需连接各经济发达的地区,多数必经过长江三角洲、珠江三角洲等地区,铁路隧道多修建在深厚的饱和软粘土、松散砂土等软弱地基中。在高铁列车振动荷载反复的激扰下,孔隙水压力骤升,周围的粘土阻断排水,孔隙水压力难以弥散,最终液化失去抗剪强度,导致隧道沉降,影响立车行驶的平稳程度,轻则影响旅客乘车舒适度,重则影响行车安全。本文将列车振动和砂土液化相结合进行了分析和计算。首先,以地铁列车振动研究为基础,讨论列车振动荷载的机理,选取人工数定激励力施加在以Euler梁模拟的轨道上,计算得到无砟轨道承轨台支反力,然后,将支反力施加到隧道-围岩模型上进行计算。计算中结合饱和土动力固结理论,采用Finn-Seed模式,进行了在高速列车动荷载激扰下的水-土二相流固耦合分析。分别分析了①均匀地层中盾构隧道的动力响应,以及地应力和孔隙水压力分布规律；②长期重复列车何在作用下,隧道结构的动力响应规律,以及地应力的变化规律和孔隙水压力的集聚和弥散规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 列车振动的产生机理及荷载模拟
• 1.2.2 列车振动传播与隔减振的研究
• 1.2.3 分析列车振动问题的数值计算方法
• 1.2.4 砂土振动液化和振陷的研究
• 1.3 课题的工程背景
• 1.4 现有的问题和待研究的方面
• 1.5 本文的研究内容及意义
• 第2章 列车荷载的确定方法
• 2.1 列车振动荷载形成的机理
• 2.1.1 轮对因素导致振动的机理
• 2.1.2 轨道不平顺因素
• 2.2 高速列车激振
• 2.2.1 人工数定激励力
• 2.2.2 列车—轨道系统模型
• 2.3 无砟轨道高速列车振动荷载
• 2.3.1 无砟轨道弹性地基模型
• 2.3.2 动力荷载的确定和施加
• 2.4 小结
• 第3章 流固耦合动力分析的本构模型及边界条件
• 3.1 流固耦合分析基本理论
• 3.1.1 饱和土动力固结理论
• 3.1.2 流固耦合计算原理
• 3.2 本构模型
• 3.2.1 Mohr-Coulomb屈服准则
• 3.2.2 Finn-Seed模式及Byrne模式
• 3.3 动力分析边界条件
• 3.3.1 人工边界
• 3.3.2 材料阻尼
• 3.4 砂土液化机理及判别准则
• 3.4.1 砂土液化机理
• 3.4.2 判别准则
• 3.5 小结
• 第4章 均匀地层下盾构隧道的动力响应
• 4.1 构建模型
• 4.1.1 计算范围
• 4.1.2 本构关系
• 4.1.3 边界条件及阻尼参数
• 4.2 地层位移及速度响应分析
• 4.2.1 地层位移分布规律
• 4.2.2 速度分布规律
• 4.2.3 管片环位移变化规律
• 4.3 动力响应时程分析
• 4.3.1 管片环位移时程分析
• 4.3.2 地层位移响应分析
• 4.4 地应力及孔隙水压力分析
• 4.4.1 地应力响应分析
• 4.4.2 孔隙水压力变化规律
• 4.5 小结
• 第5章 列车振动饱和砂土动力响应及长期振动特性
• 5.1 构建模型
• 5.1.1 本构模型
• 5.1.2 计算范围
• 5.1.3 边界条件及阻尼参数
• 5.2 地层位移及速度响应分析
• 5.2.1 地层位移分布规律
• 5.2.2 速度分布规律
• 5.2.3 管片环位移变化规律
• 5.3 动力响应时程分析
• 5.3.1 管片环位移时程分析
• 5.3.2 地层位移响应的分布规律
• 5.4 地层应力及孔隙水压力分析
• 5.4.1 地层应力响应分布规律
• 5.4.2 地层孔隙水压力积聚及弥散规律
• 5.4.3 地层孔压比变化规律分析
• 5.5 列车重复作用下长期动力响应时程分析
• 5.5.1 管片位移时程分析
• 5.5.2 管片位移时程分析
• 5.6 列车重复作用下地层应力及孔隙水压力变化规律
• 5.6.1 地层应力及响应规律分析
• 5.6.2 地层孔隙水压力积聚及弥散规律
• 5.7 小结
• 第6章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目