轨道交通振动传播与排桩减振的数值分析方法及应用

摘要

本文根据国内《城市区域环境振动标准》GB10070-88关于交通荷载诱发的环境振动评价方法的规定,结合土动力学,充分考虑交通荷载引起环境振动的复杂性,注意到岩土情况的复杂性,采用交通荷载-轨道-饱和土体模型模拟了交通荷载引起环境振动的传播和衰减规律,同时在排桩对交通荷载引起地面振动的隔振减振工程措施机理进行了系统研究,主要包括以下几个方面:
　　 1)阐述了轨道交通振动传播的物理机制、评价标准以及描述振动特性的主要参数指标和评价指标,也给出了轨道交通引起环境振动的实用公式。
　　 2)把轨道作为弹性地基上的梁,考虑轨枕的离散支撑,建立了交通荷载-轨道-地基振动模型;针对轨道交通引起的环境振动的大量的研究成果主要局限于单相介质,没有考虑孔隙水的影响。从饱和土的Biot波动方程出发,采用Fourier变换方法解耦Biot动力方程,根据传递、透射矩阵原理,对分层地基上列车运行引起的地面振动进行了分析。根据推导的交通荷载-轨道-地基振动模型,详细讨论了列车运行速度、土体渗透系数、孔隙率、流体粘滞系数、剪切波速、土体层状性等主要土层参数对振动响应的影响。
　　 3)采用数值分析方法研究了排桩对交通荷载引起土体环境振动的控制机理。利用结构工程理论和Muki法及积分方程方法,饱和土体满足Biot理论,隔振桩作为1-D杆,分析了移动荷载振源下排桩的被动隔振效果。对影响排桩隔振的因素:刚度、排桩桩长、桩间距及土体层状性等作了分析,并与已知文献结果进行了比较,验证本文方法的正确性。文中方法避免了边界元法(BEM)、有限元法(FEM)需要在计算响应域进行节点划分问题,因此可极大减小计算机分析的时间。由数值分析可得:影响隔振效果的主要参数包括:排桩的排数、排桩桩长、桩土刚度比、桩桩间距等,而排-排间距对隔振效果的影响不明显。另外,排桩对低速的移动荷载的隔振效果要比高速时好,而且相同的隔振体系,排桩对相同的振源在饱和土比弹性土体中的隔振效果较好。