宁波轨道交通软土隧道振动特性研究

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随着现代城市规模的不断扩大,轨道交通作为一种新型的运输工具,以其速度快、运量大、安全可靠等优点,成为解决城市交通的重要手段,但同时也产生了一些负面影响,轨道交通列车运行时产生的振动对地下隧道结构和周围环境都有很大的影响。对于软土地区而言,投入运营后,列车运行引起的地铁隧道和地表沉降的问题更加值得关注。宁波地处东南海,整体土质条件较差,宁波轨道交通1号线主要建造在深厚的饱和软粘土等软弱地基上或穿越其间,如何预测沉降、有效合理地控制和减小沉降更加值得关注。为了更好地模拟实际轨道交通列车运营过程中产生的振动荷载,本文针对地宁波轨道交通影响范围内的软黏土为研究对象,对行车振动荷载作用下隧道结构特性进行了现场测试,并对隧道周围土体进行了室内试验,在此基础上对列车荷载作用下的隧道-土结构进行了有限元模拟。主要内容包括:  (1)选取宁波轨道交通1号线典型区间,对宁波轨道交通1号线列车运营时的隧道结构振动进行了现场实测,现场测试的主要内容包括钢轨、轨枕的铅垂向振动加速度以及隧道壁铅垂向及横向振动加速度,分析了各测点的加速度时程曲线、加速度功率谱、加速度小波谱,计算获得了钢轨、轨枕、隧道的振级。  (2)采用快速傅里叶变换,获得了现场实测的钢轨振动加速度的离散值,进而确定了列车竖向振动荷载,并在现场勘查报告的基础上建立了隧道-地基二维平面应变有限元模型,分析了地铁列车行驶时引起的土体竖向振动、土体响应应力幅值在土体中的传播规律,并确定了地铁振动荷载的影响范围。  (3)通过室内软粘土动三轴试验,研究了宁波轨道交通1号线隧道穿越、下卧的典型④层淤泥质粘土在非等向固结状态下的动力特性,获得了④层淤泥质粘土的变形累积和孔压累积特性。  (4)基于临界状态理论,考虑初始静偏应力等因素的影响,建立了循环累积孔压计算模型、循环累积变形计算模型。通过计算模型对室内动三轴试验数据进行经验拟合,得到了适合于宁波淤泥质粘土循环特性的参数,结合有限元计算结果,对列车循环荷载作用下软土隧道的长期沉降进行了预测。
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