軌道交通荷載作用下路基和地基的動力行為主要體現(xiàn)為振動和沉降。隨著東南沿海飽和軟土地區(qū)軌道交通設施的大力建設以及列車運行速度的提高,軌道交通引起的振動和沉降問題日益突出,交通荷載作用下軟土地基的動力響應和沉降也成為交通巖土領域倍受關注的課題。目前,交通荷載在彈性地基上的動力響應已有了豐富的研究成果,但國內外關于飽和地基相關的理論和試驗研究均十分有限。本文以高速鐵路和城市地鐵為研究對象,基于Naiver和Biot兩大彈性波動理論,采用2.5維有限元數(shù)值手段與線路現(xiàn)場測試相結合的方式,系統(tǒng)地研究了交通荷載作用下軌道-路基(隧道)-地基的動力響應。本論文主要研究工作和研究成果包括:1.基于Naiver彈性波動理論,推導了彈性地基上的車-軌-路耦合2.5維有限元控制方程,建立有砟軌道,無砟軌道的2.5維有限元分析模型并驗證其有效性;實測結果表明:按照我國設計標準建造的有砟軌道路基表面動應力強度遠大于無砟軌道,線路狀態(tài)良好的有砟軌道路基表面動應力約為同等情況無砟軌道路基表面動應力的6倍;數(shù)值計算結果表明,當軌道下方的路基-地基尺寸和參數(shù)相同時,有砟軌道路基表面振動幅值是無砟軌道的1.1倍左右,路基...

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致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 軌道交通的發(fā)展
        1.1.2 存在的問題
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于單相介質波動理論的路基動力行為研究現(xiàn)狀
        1.2.2 基于雙相介質波動理論的路基動力行為研究現(xiàn)狀
        1.2.3 現(xiàn)場試驗與模型試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.4 交通循環(huán)荷載作用下的長期沉降
    1.3 本文的主要工作
2 2.5維有限元方法介紹及單相彈性地基求解
    2.1 2.5維有限元方法原理
    2.2 彈性地基2.5維有限元表達式推導
    2.3 模型單元及邊界處理
    2.4 單相彈性地基驗證
    2.5 列車荷載表達式
        2.5.1 四分之一車體模型
        2.5.2 整車模型
        2.5.3 整車車-軌-路耦合
    2.6 本章小結
3 列車交通荷載在有砟軌道和無砟軌道中引起的動力響應
    3.1 有砟軌道軌道-路基-地基耦合模型
        3.1.1 有砟軌道軌道-路基-地基耦合模型公式推導
        3.1.2 秦沈客運專線有砟軌道現(xiàn)場測試簡介
        3.1.3 秦沈客運專線有砟軌道數(shù)值分析
    3.2 無砟板式軌道軌道-路基-地基耦合模型
        3.2.1 板式軌道軌道-路基-地基耦合模型公式推導
        3.2.2 浙江大學全比尺高速鐵路板式軌道-路基系統(tǒng)試驗平臺簡介
        3.2.3 無砟板式軌道2.5維有限元數(shù)值模擬
    3.3 臨界速度研究
        3.3.1 有砟軌道和無砟軌道臨界速度比較
        3.3.2 關于臨界速度的參數(shù)化分析
    3.4 本章小結
4 飽和地基中超靜孔壓響應的產(chǎn)生及累積
    4.1 Biot動力控制方程
        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維控制方程及求解
        4.2.1 邊界條件
        4.2.2 2.5維有限元推導
    4.3 2.5維雙相飽和地基驗證
        4.3.1 彈性地基退化驗證
        4.3.2 飽和地基驗證
    4.4 點荷載作用下飽和地基超靜孔壓響應分析
        4.4.1 超靜孔壓的時程曲線及應力路徑分析
        4.4.2 超靜孔壓沿深度的衰減
        4.4.3 荷載移動速度和土體滲透系數(shù)之比對超靜孔壓的影響
        4.4.4 剪應力及應力比分析
        4.4.5 排水距離的影響
        4.4.6 土體剛度的影響
    4.5 整車荷載作用下飽和地基超靜孔壓響應分析
        4.5.1 列車通過產(chǎn)生的孔壓累積
        4.5.2 滲透系數(shù)的影響
        4.5.3 列車速度和滲透系數(shù)之比對超靜孔壓累積的影響
    4.6 本章小結
5 地鐵運行引起的環(huán)境振動及飽和地基動力響應
    5.1 測試場地介紹
    5.2 儀器布置
    5.3 儀器選型與埋設
        5.3.1 孔壓計安裝
        5.3.2 振動速度傳感器安裝
        5.3.3 應變片安裝與標定
    5.4 測試軌道及列車參數(shù)
    5.5 測試數(shù)據(jù)及分析
        5.5.1 輪軌力測試結果
        5.5.2 振動響應測試結果
        5.5.3 超靜孔壓響應測試結果
    5.6 寧波地鐵2.5維隧道-飽和地基有限元模型
        5.6.1 模型簡介
        5.6.2 模型驗證
    5.7 地鐵運行引起的環(huán)境振動
        5.7.1 彈性地基與飽和地基振動響應的比較
        5.7.2 環(huán)境振動評價
    5.8 地鐵運行在周圍飽和土層中引起的動力響應
        5.8.1 飽和地基中的超靜孔壓響應
        5.8.2 彈性地基與飽和地基動應力的比較
    5.9 本章小結
6 超靜孔壓的長期發(fā)展及固結沉降預測
    6.1 成層地基一維非線性固結的HDQM求解
        6.1.1 數(shù)學模型及基本方程
        6.1.2 DQM求解一維固結過程中超靜孔壓、有效應力和固結度
        6.1.3 一維固結問題所用DQM權系數(shù)的比較
        6.1.4 典型循環(huán)荷載及其HDQM轉換
    6.2 循環(huán)荷載下一維固結計算
        6.2.1 典型循環(huán)荷載作用下的固結特性
        6.2.2 矩形循環(huán)荷載下的相關參數(shù)化分析
    6.3 HDQM預測交通荷載引起的超靜孔壓發(fā)展及沉降
        6.3.1 時間因子與真實時間的轉換
        6.3.2 交通荷載的轉化
        6.3.3 寧波地鐵超靜孔壓發(fā)展及固結沉降預測
    6.4 本章小結
7 結論與展望
    7.1 本文研究工作的總結
    7.2 今后研究的展望
參考文獻
個人簡歷與科研成果



本文編號：3854160