高速铁路动荷载作用下隧底结构动力特性的试验研究

摘要

伴随列车运行速度大幅提高，隧底结构的振动也随之增大，特别是在板式轨道条件下，列车振动响应加大，隧底基岩会发生破损变形，导致隧底结构及轨道变形，影响高速列车的运营安全。针对这一问题，本论文以模型试验为手段，研究高速列车动荷载作用下隧底结构动力反应特性。本论文主要研究工作如下： （1）通过广泛文献调研，了解目前高速铁路动荷载作用下隧底结构动力特性研究中存在的问题，确定合理的研究目标。 （2）借鉴国内外已有成果，在对试验材料的选择、模型装置的处理、量测仪器的选择与布置进行总结的基础上，按照相似理论，推导出以几何相似比1/4、弹模相似比1/2为主控因素的试验相似关系。 （3）在参考大量模型试验的基础上，确定基底围岩采用水泥土模拟，其他混凝土构件采用微粒混凝土模拟，同时在模型制作前对每种相似材料进行材料性能试验，最终确定了各种相似材料的材料特性，确保试验材料符合相似要求。 （4）采用MTS伺服激振器模拟列车荷载，在200km/h、250km/h、300km/h三种行车工况下进行动力结构试验，揭示了高速列车动荷载作用下隧道底部结构、基底围岩相互作用关系以及振动传播规律，明确了振动波在基底围岩中的影响范围和影响程度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2研究现状及评述

1.2.1铁路隧道结构动力响应理论研究

1.2.2铁路隧道结构动力响应数值分析研究

1.2.3铁路隧道结构动力响应现场测试研究

1.2.4铁路隧道结构动力响应模型试验研究

1.2.5研究现状评述

1.3主要研究内容

第二章模型试验设计

2.1概述

2.2相似关系推导

2.2.1模型试验相似理论概述

2.2.2相似准则的确定

2.2.3模型相似常数

2.3模型相似材料的比选

2.3.1围岩相似材料的选择

2.3.2构件相似材料的选择

2.3.3相似材料物理力学参数测试

2.3.4模型箱特征及内衬材料的选择

2.4模拟范围及模型尺寸

2.5本章小结

第三章模型动力加载与测试

3.1试验方法及步骤

3.1.1试验简介

3.1.2试验步骤

3.2模型制作

3.2.1围岩成型

3.2.2构件成型

3.3测试系统

3.3.1测试元件及采集仪器

3.3.2测点布置

3.4加载系统

3.4.1 MTS五通道拟动力结构试验系统介绍

3.4.2加载系统

3.4.3荷载和频率取值

3.5本章小结

第四章模型试验结果与分析

4.1静载试验结果及分析

4.1.1仰拱受力

4.1.2基岩土压力

4.2动力试验结果及分析

4.2.1加速度

4.2.2仰拱动应力

4.2.3基岩动土压力

4.3动力响应相关性研究

4.3.1加速度与埋深的相关性

4.3.2动土压力与埋深的相关性

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1主要研究成果

5.1.1静载作用

5.1.2动载作用

5.1.3相关工作及创新

5.2存在不足及展望

参考文献

附录

致谢

硕士学位期间主要研究成果及奖励