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地铁列车荷载作用下砂土液化动三轴试验研究

路基工程 2023年第6期 66-72页

作者：沈张勇林想曹伟飚马险峰曹明洋上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海200235 同济大学土木工程学院上海200092

为研究高速地铁列车穿越可液化地层情况下,采用动三轴试验的方法,探究隧道周边土体在列车运营荷载下液化的可能性问题。通过采集现场土进行试验,其中动荷载幅值大小依据现场实测振动数据建立的单洞双线通车数值模拟计算结果确定。分析... 详细信息

为研究高速地铁列车穿越可液化地层情况下,采用动三轴试验的方法,探究隧道周边土体在列车运营荷载下液化的可能性问题。通过采集现场土进行试验,其中动荷载幅值大小依据现场实测振动数据建立的单洞双线通车数值模拟计算结果确定。分析在振动荷载作用下试样孔压的发展,依据孔压与围压的相对大小关系进行液化判别,并提出处理措施建议。

关键词：地铁列车荷载隧道周围土层砂土液化围压动荷载幅值振动频率

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地铁列车荷载下类矩形隧道结构动力响应分析

河南城建学院学报 2023年第6期32卷 53-58,95页

作者：杜明芳杨晓晨王倩张鹏河南工业大学土木工程学院河南郑州450001

为分析地铁列车荷载作用下类矩形隧道结构的动力响应特性,以郑州地铁8号线郑州东站类矩形盾构段为研究背景,使用MIDAS/GTS NX软件建立三维有限元分析模型,对单车运行与双车交会运行两种工况下类矩形隧道结构的动力响应进行计算分析,得... 详细信息

为分析地铁列车荷载作用下类矩形隧道结构的动力响应特性,以郑州地铁8号线郑州东站类矩形盾构段为研究背景,使用MIDAS/GTS NX软件建立三维有限元分析模型,对单车运行与双车交会运行两种工况下类矩形隧道结构的动力响应进行计算分析,得到了类矩形隧道在地铁列车荷载作用下的动力响应规律。结果表明:地铁列车作用下产生的类矩形隧道结构的位移响应和应力响应均较小,隧道结构在地铁列车荷载的作用下是稳定的。地铁列车交会时最大位移发生在衬砌底部,为1.28 mm;在单车运行时,最大位移发生在衬砌行车侧右边,约为0.89 mm。在双车相向行驶时,隧道衬砌左侧的竖向应力响应大于隧道衬砌右侧,其增幅约为26.8%。因此,在地铁运营时期应多对隧道结构左侧行车线下方进行长期的变形监测,以避免在此处发生结构安全问题。

关键词：动力响应地铁列车荷载数值模拟单洞双线隧道

考虑时间间歇效应的地铁列车荷载下海相软土长期动力特性试验研究

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岩石力学与工程学报 2019年第2期38卷 353-364页

作者：何绍衡郑晴晴夏唐代甘晓露单华峰浙江大学城市和滨海岩土研究中心浙江杭州310058 台州学院滨海环境与岩土工程研究所浙江台州318000

软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其长期动力响应,但以往关于交通荷载下软土动力特性的研究大多忽视时间间歇的影响。考虑不同动应力水平、不同振动和间歇时长的耦合作用,设计一... 详细信息

软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其长期动力响应,但以往关于交通荷载下软土动力特性的研究大多忽视时间间歇的影响。考虑不同动应力水平、不同振动和间歇时长的耦合作用,设计一系列不排水连续–停振循环三轴试验,采用K0固结条件,研究原状海相软土在列车非连续荷载下的长期孔压、变形特性,通过与连续振动试验对比,发现荷载间歇对软土动力特性有显著影响,由于间歇期动力特性改变,软土后续加载稳定时的最大残余孔压和应变明显降低,且孔压、应变响应趋于稳定时所需的振次减少而时间增加。基于试验结果,深入分析时间间歇效应的作用机制和间歇时长对软土长期动力特性的影响。结果表明:间歇期软土内结构进一步调整使得振动期激振停止时部分未及时恢复的弹性后效孔压和应变得以恢复,这部分孔压和应变在振动期重复发生,导致按传统方式计算出的振动期表观残余孔压和应变总和远大于连续振动;同等条件下,间歇时长越长,软土孔压和应变响应被削弱程度越大,达到稳定时的最大残余孔压和应变越小,进入稳定期所需时间越长。研究对于地铁荷载下软土地基长期沉降的计算分析有推动意义。

关键词：土力学地铁列车荷载时间间歇效应原状海相软土长期动力特性

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地铁列车荷载引起隧道基底长期沉降研究

三峡大学学报（自然科学版） 2018年第5期40卷 47-51页

作者：薛阔王立娜翟翅飞陈洲云南农业大学建筑工程学院昆明650201

地铁隧道在投入运营后,由于地铁列车荷载引起隧道基底的变形与稳定已成为亟待解决的问题.为研究运营期昆明地铁在列车荷载作用下隧道基底长期沉降变形,首先通过人工激振力函数法确定地铁列车荷载时程曲线.其次采用有限单元法,建立地铁... 详细信息

地铁隧道在投入运营后,由于地铁列车荷载引起隧道基底的变形与稳定已成为亟待解决的问题.为研究运营期昆明地铁在列车荷载作用下隧道基底长期沉降变形,首先通过人工激振力函数法确定地铁列车荷载时程曲线.其次采用有限单元法,建立地铁隧道基底土体的动力响应的数值模型,揭示隧道基底土层的动力反应特性.最后采用Li和Selig提出修正指数模型预测昆明地铁在列车循环荷载作用下隧道基底的长期沉降变形.研究结果表明:地铁列车荷载产生动应力主要影响范围在隧道底部0~5m;昆明地铁三号线运营10年后的隧道基底的累计沉降值约为14.3mm,第一年的沉降值约占运营前10年累计沉降值的52%.

关键词：地铁列车荷载人工激振力函数法数值模拟长期沉降

地铁列车荷载下土石混合体回填土动力特性试验研究

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地铁列车荷载下土石混合体回填土动力特性试验研究

作者：胡翔翔重庆大学

学位级别：硕士

山地城市重庆主城区被“四山两江”所分割(“四山”指缙云山、中梁山、铜锣山和明月山;“两江”指长江和嘉陵江),城市可利用土地资源紧张,主城区人口密集,且近年来又不断有大量人口持续涌入,城市交通十分拥挤。为缓解城区日益严峻的交... 详细信息

山地城市重庆主城区被“四山两江”所分割(“四山”指缙云山、中梁山、铜锣山和明月山;“两江”指长江和嘉陵江),城市可利用土地资源紧张,主城区人口密集,且近年来又不断有大量人口持续涌入,城市交通十分拥挤。为缓解城区日益严峻的交通压力,地铁轨道交通作为一种速度较快、准点不误时、方便高效、载客能力大、节省地面空间、噪音小且不会与其他交通运输系统相互交叉干扰的现代化公共交通工具而得到了大规模修建。而山城重庆在前期城市化进程中经常需要开山填筑,形成了大量结构松散、孔隙率大、强度较低、工程性能很差的土石混合体回填土区,密集的地铁项目无法避免地将会穿越这些深厚的土石混合体回填土区。重庆地区的土石混合体回填土的回填时间不是很长,其固结还未完成,固结程度不一,在地铁运营期间将会产生较大的沉降。如果忽视运营期间所造成的沉降,将会影响到地铁的长期运营安全。针对穿越回填土段地铁隧道长期运营期间的沉降问题,本文采用室内试验和理论分析相结合的方法,研究在地铁列车循环荷载作用下不同固结度、含石量、有效固结围压对土石混合体回填土的孔压、刚度和累积变形等动力特性的影响,并建立相应的经验模型。本文主要研究内容和成果如下:①对地铁轨道下方的回填土进行了一系列的物理力学特性试验,获得了细粒土的干密度和天然含水率,块石的干密度和饱和密度,土粒的比重,含石量,细粒土的界限含水率等,验证了回填土中细颗粒土为粉质黏土,为后续回填土试样制作提供参照。②分析确定了回填土动三轴试验的排水条件、固结应力、固结应力比、固结度、动应力的频率、幅值、循环次数及波形等控制条件,验证了偏压正弦波可以较好地模拟地铁列车荷载。③通过地铁列车荷载下土石混合体回填土孔压试验,获得了不同固结度U、有效固结围压σ31、含石量P等条件下不同循环次数下的超孔压比ru与循环应力比rc的关系,确定了相应的门槛循环应力比rt,探讨了各因素对门槛循环应力比的影响;同时,获得了各自因素下的超孔压Δu与循环次数N的关系,分析探讨了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土的超孔压Δu变化规律的影响。根据孔压试验结果,建立了与循环次数N相关的孔压模型。④通过地铁列车荷载下土石混合体回填土刚度软化试验,分析了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土刚度变化规律的影响。根据试验结果,建立了软化指数δ与循环次数N相关的刚度软化-硬化模型。⑤通过地铁列车荷载下土石混合体回填土应变试验,分析了固结度U、有效固结围压σ31、含石量P、循环次数N等因素对地铁列车循环荷载下回填土累积应变变化规律的影响。根据应变发展模式为稳定型的回填土试样试验结果,当固结度U=0.98,建立了与循环次数N、含石量P以及有效固结围压σ31相关的累积应变模型;当含石量P=20%,建立了与循环次数N、固结度U以及有效固结围压σ31相关的累积应变模型。

关键词：地铁列车荷载土石混合体回填土固结度动力特性累积应变模型

黄土在地铁列车荷载作用下的临界动应力比及动应变发展模型的试验研究

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2010年第6期42卷 761-767,780页

作者：刘增荣王鑫张柯吴敏哲西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西部建筑科技国家重点实验室(筹) 陕西西安710055

以黄土地区地铁项目为研究背景,利用20kN电液伺服控制动三轴试验机,对地铁列车荷载长期循环作用下不同类型黄土的动变形分别进行了试验研究,得到了不同类型黄土累积塑性变形的发展规律,提出了确定黄土临界动应力比的新方法,确定了不同... 详细信息

以黄土地区地铁项目为研究背景,利用20kN电液伺服控制动三轴试验机,对地铁列车荷载长期循环作用下不同类型黄土的动变形分别进行了试验研究,得到了不同类型黄土累积塑性变形的发展规律,提出了确定黄土临界动应力比的新方法,确定了不同类型黄土动应变发展的模型.研究结果表明：干型黄土的临界动应力比大于0.6,湿型黄土的临界动应力比为0.45-0.49,饱和型黄土则为0.22-0.24;拓展的Langmuir模型和经典Freundlich模型分别对于稳定型和破坏型黄土动变形发展的回归分析是有效的,反映了黄土在地铁列车荷载作用下的动变形特性.

关键词：地铁列车荷载黄土临界动应力比动应变

地铁列车荷载作用下地铁车辆段桩承式复合地基动力响应数值分析

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城市道桥与防洪 2020年第10期 177-180,190,M0019页

作者：匡月青广东省建筑设计研究院有限公司广东广州510010

为探讨软土地基经桩体加固后,地铁列车荷载作用下地铁车辆段轨道下部结构的复合地基动力特性及分布规律,采用有限元显式动力学方法,分析比较了广州地铁某车辆段轨道下部软基区域经桩体加固前后以及桩体模量对土体动力特性的影响。数值... 详细信息

为探讨软土地基经桩体加固后,地铁列车荷载作用下地铁车辆段轨道下部结构的复合地基动力特性及分布规律,采用有限元显式动力学方法,分析比较了广州地铁某车辆段轨道下部软基区域经桩体加固前后以及桩体模量对土体动力特性的影响。数值分析结果表明:(1)经桩体加固后,土体的振动加速度比无桩体加固时衰减更快,土体的动应力幅值有所减小,且土体动应力随桩体模量的增大而减小;(2)土体动应力随横向距离和深度方向变化过程中,局部区域呈现先增大再减小的趋势,说明桩顶和桩底附近出现了应力集中现象;(3)软黏土的动应力幅值和振动加速度幅值沿深度方向先快速衰减,后衰减趋于稳定,说明计算动力附加沉降时主要考虑软土浅层区域。

关键词：地铁列车荷载地铁车辆段软土地基水泥搅拌桩动力响应显式动力学

泥炭土地区地铁列车荷载对隧道周围土体振动响应研究

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泥炭土地区地铁列车荷载对隧道周围土体振动响应研究

作者：窦法楷云南农业大学

学位级别：硕士

地铁运营给人们的生活带来了极大的便利,同时长期反复地铁列车荷载作用致使软弱基层基底变形与动力稳定问题已成为社会关注的热点研究问题。鉴于此,本文以昆明泥炭土区隧道周围土体在列车荷载作用下的长期服役性能为研究背景,采用理论... 详细信息

地铁运营给人们的生活带来了极大的便利,同时长期反复地铁列车荷载作用致使软弱基层基底变形与动力稳定问题已成为社会关注的热点研究问题。鉴于此,本文以昆明泥炭土区隧道周围土体在列车荷载作用下的长期服役性能为研究背景,采用理论分析与数值模拟相结合的研究方法,依据经验公式建立地铁列车荷载,并采用有限元法建立地铁隧道三维模型动力响应的数值模拟途径,对隧道周围土体的动力响应规律进行研究。本文主要研究内容及研究成果如下。首先本文选择经验分析方法,采用人工激励函数模拟地铁不同时速、不同载重下的列车振动荷载。研究地铁时速变化和载重变化对振动荷载的峰值、幅值、频率的影响规律,为探讨振动荷载变化对隧道周围土体振动响应的影响规律奠定基础。其次本文通过有限元方法建立针对昆明泥炭土地区地铁隧道的三维动力响应的数值模拟途径,与前人数值结果进行对比以验证本模型动力分析的正确性,并探讨地铁列车荷载对隧道周围土体的动力响应规律。研究发现地表土层产生的竖向振动加速度最大,纵向振动加速度次之,横向振动加速度最小,并且振动加速度在向远处传播的过程中存在放大现象。隧道基底土层产生的竖向的动应力最大,纵向动应力次之,横向动应力最小,距离荷载作用位置越近的土层其动应力值越大,衰减也越快。最后本文通过改变地铁列车荷载研究了地铁时速变化及载重变化对隧道周围土体振动响应的影响规律。研究发现随着地铁时速的增加,振动加速度峰值增加,但地铁时速变化对振动加速度在传播过程中的放大现象影响较小。地铁时速变化对隧道基底土层动应力峰值影响较小,对动应力衰减影响较小。随着地铁运行载重的提高,在隧道顶面地表土层引起的振动加速度峰值增大,在隧道基底土层中引起的动应力峰值增大。

关键词：泥炭土地铁列车荷载有限元分析振动响应

快速轨道地铁列车荷载作用下软土地基长期沉降研究

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快速轨道地铁列车荷载作用下软土地基长期沉降研究

作者：张磊天津大学

学位级别：硕士

建设在沿海软土地区的地铁盾构隧道,由于饱和软土具有典型“三高两低”的工程特性,在运营期内地铁列车荷载长期反复作用下,极易发生工后不均匀沉降,给行车运营和隧道结构安全带来了较大隐患。本文以天津地区饱和软土为研究对象,针对较... 详细信息

建设在沿海软土地区的地铁盾构隧道,由于饱和软土具有典型“三高两低”的工程特性,在运营期内地铁列车荷载长期反复作用下,极易发生工后不均匀沉降,给行车运营和隧道结构安全带来了较大隐患。本文以天津地区饱和软土为研究对象,针对较快时速的地铁列车荷载,系统开展了列车荷载作用下饱和软土动力响应的室内试验研究,从土体塑性应变-振次、动应力-应变和动孔隙水压力三个方面分析了其力学响应特性;同时,利用有限元软件ABAQUS建立三维动力数值模型,分析了地表、隧道腰部和底部土体的塑性变形演化规律;此外,结合室内试验数据拟合得到了长期沉降预测模型中的相关参数,并与线路实际监测沉降数据进行对比分析,预测了该线路在未来运营期内所能达到的沉降值。主要研究成果如下:(1)明确了地铁列车荷载的产生机理及其计算方法,根据人工激振力函数和地铁A型车辆参数,确定了较快时速下地铁列车荷载的表达式和时程曲线,在此基础上确定了室内动三轴试验方案。(2)采用室内循环动三轴试验的方法对软土在不同速度地铁列车荷载条件下的动力响应特性进行了研究,得到较快时速下软土的塑性累计应变和动孔隙水压力均小于平均时速和常规时速条件下,在十个阶段的振停试验中,下一阶段产生的塑性累积应变值和动孔隙水压力均小于上一阶段。(3)采用室内循环动三轴试验的方法分析了间歇列车荷载振动对软土动力特性的变化规律,得到停振期的塑性累积应变在振动期结束的基础上逐渐减小到一个相对稳定值,停振期的动孔压在试验前五个振动阶段的基础上有所上升,在试验后五个停振阶段逐渐下降并趋于稳定值。(4)采用数值模拟的方法研究了不同速度条件下隧道软土地基和地表的沉降规律,明确了较快时速地铁列车荷载作用下隧道底部土体沉降和地表沉降的影响范围,得出了隧道软土地基工后沉降随地铁行车速度的增大而减小,较快时速下的地表沉降范围约为隧道轴线两侧各3.5倍隧道直径,隧道下卧土体竖向沉降范围约为4倍隧道直径。利用试验数据拟合得到的预测模型结合分层总和法计算在未来20年内隧道下卧软土地基的长期沉降量达到29mm,对比实际沉降监测数据可知模型预测的效果较好。

关键词：软土地铁列车荷载快速地铁动三轴试验数值模拟长期沉降