轨道交通荷载对埋地管道的影响分析

作     者：戚双星 

作者单位：佛山科学技术学院 

学位级别：硕士

导师姓名：张玉红

授予年度：2017年

学科分类：083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 081403[工学-市政工程] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：轨道交通荷载 埋地管道 饱和土体 影响分析 

摘      要：近年来,埋地管道的破坏造成大量人员伤亡和财产损失的报道不断增加。虽然对埋地管道问题的研究文献很多,但有关交通荷载特别是轨道交通荷载作用影响的报道很少。大规模轨道交通网络建设及埋地管道激增,轨道交通荷载诱发埋地管道二次振动产生破坏影响的重要性逐渐引起重视。本文基于振源、传播路径和结构物的链式系统振动原理,尝试采用理论分析与数值模拟相结合的方法,开展轨道交通荷载对埋地管道的动力影响分析,将为更好的解决轨道交通荷载引起的埋地管道破坏问题提供理论依据,对进一步研究埋地管道的安全评判标准提供科学依据,具有重要的现实意义和社会意义。首先,研究作为振源的列车-轨道体系的动力响应。分析了列车荷载特性,然后基于三种不同的列车—轨道简化模型,建立轨道交通系统研究模型,推导得到列车移动荷载下轨道与土体接触面的竖向位移动力响应半解析解;并研究分析轨道交通荷载作用下轨道的临界速度以及与轨道耦合作用下的受迫振动特性;并用自编MATLAB程序,结合已有文献验证分析方法及数值模拟轨道竖向位移半解析解的正确性。其次,研究分析矩形移动简谐荷载作用下土体的动力响应。以矩形移动简谐荷载模拟列车荷载作用;基于Navier’s动力方程和Biot理论,建立矩形移动简谐荷载作用下粘弹性半空间体和横观各向同性饱土体控制方程;应用傅里叶变换得到动荷载下土体动力响应半解析解;通过公式退化验证和数值算例验算相结合方法,验证分析方法正确性;用自编MATLAB程序,数值模拟分析矩形移动简谐荷载作用下粘弹性半空间体竖向位移响应和横观各向同性饱和土体水平和竖向位移动力响应。最后,研究分析轨道交通荷载作用对横观各向同性饱和土体中埋地管道的动力响应影响。建立饱和土体中管道与轨道垂直、平行、斜交三种空间位置下埋地管道研究模型;采用初参数法分析埋地管道位移及内力,推导出不同空间位置下饱和土体中埋地管道动力响应解的表达式;通过公式退化方法,验证分析方法正确性;用自编MATLAB程序,数值模拟与分析管道与轨道空间位置(埋深和水平距离)、列车荷载(大小和速度)以及管道截面形式(矩形和圆环形)等因素变化对埋地管道动力响应的影响,得到一些具有一定工程实际意义的结论。