考虑桩土耦合作用下地铁诱发振动的传播规律研究

作     者：凌海媚 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周云;罗威力

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：振动传播规律 缩尺模型 激振试验 有限元分析 现场振动实测 

摘      要：由于土层条件的复杂性以及传递路径中传播介质的耦合作用,使得地铁诱发的振动波的传播特性难以明确,故本研究旨在探讨考虑桩土耦合作用下地铁振动波的传播规律,主要的研究内容及重要结论如下:（1）选取广州某项目原场地的单隧道双跨结构作为原结构模型,以动剪切模量、几何长度、密度、加速度为基本量纲,推导出其他量纲的相似常数。结合相似比理论,按1:30缩尺比分别对试验模型的桩基、隧道及模型箱结构进行设计及加工,以主要保证土体动力特性的相似性为总目标,通过共振柱试验进行模型土的配制。（2）设置了50N和100N两种激振力,25Hz、55Hz、80Hz、110Hz、140Hz、165Hz六种激振频率,共12个工况,对试验模型进行激振试验。并选取特定试验工况,采用MIDAS/GTS建立隧道-土体-桩基础-上部结构体系三维有限元模型进行对比分析。结果表明:在土体沿深度方向,振动响应整体单调递减,但当输入荷载频率较低（55Hz以内）时,呈现先减小后放大的趋势,甚至整体放大。振源至地面处存在一个振动放大区,其位置与振源所致振动的频率特性有关,低频成分占比越大时,振动放大区越靠近振源处,反之,则越远离振源处。在桩基础沿深度方向,振动响应整体先增大后减小,但当输入荷载频率较低（55Hz以内）时,呈现先减小后放大趋势。在地表沿水平方向,振动响应整体单调递减,但当输入荷载频率较低（55Hz以内）时,呈现先减小后增大的趋势。（3）在广州地铁三号线的某线段展开现场振动实测,以振动加速度时域、频域、1/3倍频程及功率谱密度等方法展开分析。结果表明:振源处振动频带主要集中在100Hz-250Hz的高频带,振动响应在土体沿深度方向以及地表沿水平方向均呈现单调递减的规律,主频范围从高频带逐渐向低频带转移,进一步验证试验所得的传播规律的合理性。