地铁振动在土层中传播的多因素分析
发布时间：2023-10-02 06:26
现代城市的发展离不开完善的交通运输体系,而地下轨道交通是城市交通系统的重要组成部分,随着我国城市化发展的不断加深,各大城市的地下轨道交通网络逐渐加密,但由此引发的环境振动问题也越来越突出。本文以地下列车振动在地基中的传播及其对隧道结构和周围环境的影响为研究背景,重点研究了土层的成层性、多相多孔特性以及隧道衬砌-土体接触面动力特性等对地铁空间振动传播的影响。主要的研究内容和成果如下:1、针对土层的成层性对地铁振动传播的影响,提出了埋置移动荷载作用下三维分层介质的动力分析模型。基于该分析模型,利用埋置移动简谐点荷载基本解、薄层单元法、移动坐标系法、等效原理、狄拉克δ函数以及三重傅里叶变换等,推导了埋置移动简谐线荷载作用下,三维成层土层内部任意点处竖向位移的半解析解,并给出了竖向位移解中参数n的取值范围。通过算例分析发现:移动荷载的振动频率一定时,其移动速度对不同频率范围内的动力响应的影响程度不同,低频响应受移动速度的影响大于高频响应受移动速度的影响;不同频率范围内的动力响应对应的临界速度不同;土体的弹性模量对其临界速度的影响最大,其次为泊松比,土体阻尼比对其临界速度没有影响;响应频率与移动...
【文章页数】：219 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢 摘要 ABSTRACT 第1章 绪论
1.1 选题背景及问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 列车与轨道系统动力相互作用问题的研究
1.2.2 移动荷载引起的振动问题中分析模型的研究
1.2.3 地铁列车振动荷载作用下隧道结构-地基动力响应的研究方法
1.3 存在的问题
1.4 本文主要研究内容
1.5 创新性成果 第2章 埋置移动荷载作用下三维成层土层动力响应研究
2.1 引言
2.2 理论方法概述
2.2.1 薄层法基本理论
2.2.2 薄层法在移动荷载引发的环境振动中的应用
2.3 埋置移动线荷载作用下三维成层土层格林函数推导
2.4 动力响应及参数分析
2.4.1 移动线荷载引起的三维成层土层的动力响应研究
2.4.2 荷载移动速度对三维分层土体动力响应的影响
2.4.3 土体参数和荷载振动频率对介质动力响应及临界速度的影响
2.5 本章小结 第3章 隧道轴向激励引起的饱和两相介质空间振动问题研究
3.1 理论方法概述
3.1.1 饱和介质中弹性波的基本理论
3.1.2 波函数展开法及其三维坐标变换
3.1.3 不同柱坐标系间波函数的坐标转换
3.2 移动轴向荷载引起的饱和两相介质动力响应求解
3.2.1 动力分析模型
3.2.2 两相多孔介质振动控制方程及求解
3.3 动力响应及参数分析
3.3.1 计算方法验证
3.3.2 介质临界速度的确定
3.3.3 饱和两相介质剪切模量对动力响应的影响
3.3.4 隧道埋深对动力响应的影响
3.3.5 不同角度的动力响应规律
3.3.6 孔隙率对介质动力响应的影响
3.4 本章小结 第4章 衬砌隧道中移动轴向激励引起的饱和两相介质空间振动问题研究
4.1 移动轴向激励作用下隧道-饱和介质动力分析模型
4.2 动力方程及求解
4.2.1 饱和两相多孔介质及隧道衬砌控制方程
4.2.2 控制方程的求解
4.2.3 边界条件及各动力响应的频域解析解
4.3 激振力移动速度对衬砌隧道-饱和介质动力响应的影响
4.4 衬砌隧道移动轴向激励临界速度的影响因素分析
4.4.1 隧道衬砌对饱和两相介质临界速度的影响
4.4.2 荷载振动频率对饱和两相介质动力响应及临界速度的影响
4.5 隧道衬砌剪切模量对饱和介质动力响应的影响
4.6 饱和两相介质孔隙率对动力响应的影响
4.7 本章小结 第5章 隧道衬砌-土体接触面动力特性及其对地铁空间振动传播的影响分析
5.1 前言
5.2 隧道衬砌-土体径向动力接触面模型
5.2.1 径向动力接触面模型
5.2.2 边界条件及接触条件
5.3 隧道径向激励引起的动力响应及接触面模型参数分析
5.3.1 径向接触面模型参数分析
5.3.2 径向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.3.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道径向动力响应的影响
5.3.4 衬砌-土层密度比对隧道径向动力响应的影响
5.3.5 介质泊松比对径向动力响应的影响
5.3.6 衬砌厚度对土层径向动力响应的影响
5.4 隧道衬砌-土体环向动力接触面模型
5.4.1 环向动力接触面模型
5.4.2 边界条件及接触条件
5.5 隧道环向激励引起的动力响应及接触面模型参数分析
5.5.1 环向接触面模型参数分析
5.5.2 环向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.5.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道环向动力响应的影响
5.5.4 衬砌-土层密度比对隧道环向动力响应的影响
5.5.5 衬砌厚度对土层环向动力响应的影响
5.6 隧道衬砌-土体轴向动力接触面模型
5.6.1 轴向动力接触面模型
5.6.2 边界条件及接触条件
5.7 隧道轴向激励引起的动力响应及接触面参数分析
5.7.1 轴向接触面模型参数分析
5.7.2 轴向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.7.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道轴向动力响应的影响
5.7.4 衬砌-土层密度比对隧道轴向动力响应的影响
5.7.5 衬砌厚度对土层轴向动力响应的影响
5.8 饱和两相介质中隧道衬砌-土体轴向粘弹性接触面模型
5.8.1 饱和介质中轴向粘弹性接触模型的推导
5.8.2 饱和介质中粘弹性模型参数分析
5.8.3 饱和介质中粘弹性接触模型对地铁空间振动传播的影响
5.9 本章小结 第6章 考虑分数阶导数的粘弹性介质中衬砌-土体动力接触面模型研究
6.1 前言
6.2 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体径向动力接触面模型
6.2.1 分数阶导数本构关系及径向动力接触模型
6.2.2 径向动力接触面模型参数分析
6.2.3 不同接触模型对土体径向动力响应的影响
6.2.4 分数阶导数本构模型参数对介质径向动力响应的影响
6.3 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体环向动力接触面模型
6.3.1 分数阶导数本构关系及环向动力接触模型
6.3.2 环向动力接触模型参数分析
6.3.3 分数阶导数本构模型参数对介质环向动力响应的影响
6.4 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体轴向动力接触面模型
6.4.1 分数阶导数本构关系及轴向动力接触模型
6.4.2 轴向动力接触模型参数分析
6.4.3 分数阶导数本构模型参数对介质轴向动力响应的影响
6.5 本章小结 第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望 参考文献 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果 学位论文数据集
本文编号：3850276
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【学位级别】：博士
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致谢 摘要 ABSTRACT 第1章 绪论
1.1 选题背景及问题的提出
1.2 国内外研究现状
1.2.1 列车与轨道系统动力相互作用问题的研究
1.2.2 移动荷载引起的振动问题中分析模型的研究
1.2.3 地铁列车振动荷载作用下隧道结构-地基动力响应的研究方法
1.3 存在的问题
1.4 本文主要研究内容
1.5 创新性成果 第2章 埋置移动荷载作用下三维成层土层动力响应研究
2.1 引言
2.2 理论方法概述
2.2.1 薄层法基本理论
2.2.2 薄层法在移动荷载引发的环境振动中的应用
2.3 埋置移动线荷载作用下三维成层土层格林函数推导
2.4 动力响应及参数分析
2.4.1 移动线荷载引起的三维成层土层的动力响应研究
2.4.2 荷载移动速度对三维分层土体动力响应的影响
2.4.3 土体参数和荷载振动频率对介质动力响应及临界速度的影响
2.5 本章小结 第3章 隧道轴向激励引起的饱和两相介质空间振动问题研究
3.1 理论方法概述
3.1.1 饱和介质中弹性波的基本理论
3.1.2 波函数展开法及其三维坐标变换
3.1.3 不同柱坐标系间波函数的坐标转换
3.2 移动轴向荷载引起的饱和两相介质动力响应求解
3.2.1 动力分析模型
3.2.2 两相多孔介质振动控制方程及求解
3.3 动力响应及参数分析
3.3.1 计算方法验证
3.3.2 介质临界速度的确定
3.3.3 饱和两相介质剪切模量对动力响应的影响
3.3.4 隧道埋深对动力响应的影响
3.3.5 不同角度的动力响应规律
3.3.6 孔隙率对介质动力响应的影响
3.4 本章小结 第4章 衬砌隧道中移动轴向激励引起的饱和两相介质空间振动问题研究
4.1 移动轴向激励作用下隧道-饱和介质动力分析模型
4.2 动力方程及求解
4.2.1 饱和两相多孔介质及隧道衬砌控制方程
4.2.2 控制方程的求解
4.2.3 边界条件及各动力响应的频域解析解
4.3 激振力移动速度对衬砌隧道-饱和介质动力响应的影响
4.4 衬砌隧道移动轴向激励临界速度的影响因素分析
4.4.1 隧道衬砌对饱和两相介质临界速度的影响
4.4.2 荷载振动频率对饱和两相介质动力响应及临界速度的影响
4.5 隧道衬砌剪切模量对饱和介质动力响应的影响
4.6 饱和两相介质孔隙率对动力响应的影响
4.7 本章小结 第5章 隧道衬砌-土体接触面动力特性及其对地铁空间振动传播的影响分析
5.1 前言
5.2 隧道衬砌-土体径向动力接触面模型
5.2.1 径向动力接触面模型
5.2.2 边界条件及接触条件
5.3 隧道径向激励引起的动力响应及接触面模型参数分析
5.3.1 径向接触面模型参数分析
5.3.2 径向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.3.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道径向动力响应的影响
5.3.4 衬砌-土层密度比对隧道径向动力响应的影响
5.3.5 介质泊松比对径向动力响应的影响
5.3.6 衬砌厚度对土层径向动力响应的影响
5.4 隧道衬砌-土体环向动力接触面模型
5.4.1 环向动力接触面模型
5.4.2 边界条件及接触条件
5.5 隧道环向激励引起的动力响应及接触面模型参数分析
5.5.1 环向接触面模型参数分析
5.5.2 环向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.5.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道环向动力响应的影响
5.5.4 衬砌-土层密度比对隧道环向动力响应的影响
5.5.5 衬砌厚度对土层环向动力响应的影响
5.6 隧道衬砌-土体轴向动力接触面模型
5.6.1 轴向动力接触面模型
5.6.2 边界条件及接触条件
5.7 隧道轴向激励引起的动力响应及接触面参数分析
5.7.1 轴向接触面模型参数分析
5.7.2 轴向粘弹性接触模型对动力响应的影响
5.7.3 衬砌-土层剪切模量比对隧道轴向动力响应的影响
5.7.4 衬砌-土层密度比对隧道轴向动力响应的影响
5.7.5 衬砌厚度对土层轴向动力响应的影响
5.8 饱和两相介质中隧道衬砌-土体轴向粘弹性接触面模型
5.8.1 饱和介质中轴向粘弹性接触模型的推导
5.8.2 饱和介质中粘弹性模型参数分析
5.8.3 饱和介质中粘弹性接触模型对地铁空间振动传播的影响
5.9 本章小结 第6章 考虑分数阶导数的粘弹性介质中衬砌-土体动力接触面模型研究
6.1 前言
6.2 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体径向动力接触面模型
6.2.1 分数阶导数本构关系及径向动力接触模型
6.2.2 径向动力接触面模型参数分析
6.2.3 不同接触模型对土体径向动力响应的影响
6.2.4 分数阶导数本构模型参数对介质径向动力响应的影响
6.3 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体环向动力接触面模型
6.3.1 分数阶导数本构关系及环向动力接触模型
6.3.2 环向动力接触模型参数分析
6.3.3 分数阶导数本构模型参数对介质环向动力响应的影响
6.4 分数阶导数粘弹性介质中隧道衬砌-土体轴向动力接触面模型
6.4.1 分数阶导数本构关系及轴向动力接触模型
6.4.2 轴向动力接触模型参数分析
6.4.3 分数阶导数本构模型参数对介质轴向动力响应的影响
6.5 本章小结 第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望 参考文献 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果 学位论文数据集
本文编号：3850276
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