地铁振动荷载作用下隧道四周饱和软黏土动力响应研究

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1、地铁振动荷载作用下隧道四周饱和软黏土动力响应研究张曦唐益群周念清王建秀赵书凯摘要:以上海地铁二号线静安寺站－江苏路站区间隧道四周饱和软黏土为研究对象，通过对隧道四周不同位置、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计，进行现场连续动态监测，对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究，并提出了土体动力响应衰减计算公式，利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小，可以猜测与估算地铁列车振动荷载对四周建筑物的影响情况，为地铁设计、施工

2、以及安全运营提供有价值的参考。关键词:地铁隧道;振动荷载;饱和软黏土;动力响应地铁作为一种安全、舒适、高速的交通工具，在现代城市中必不可少。但是，地铁列车在行驶过程中引起的振动问题是不容忽视的。有很多模型被用来分析地面上列车荷载作用下产生的地面振动[1－4]。文献[5－7]中研究了在列车振动荷载下轨道系统的动力响应，但其只研究了地基上部结构的响应，并未研究土的动力响应。目前，国内外对地铁隧道四周饱和软黏土动力响应的研究尚未见到。然而，饱和软黏土在地铁列车长期振动荷载作用下将会产生较大的变形[8－9]，根据有关监测资料

3、，上海地铁1号线隧道在某些区段出现较大的轴线变形和地面沉降量[10]，给地铁列车的正常运营带来了一定的影响。地铁隧道的轴线变形和地面沉降直接关系到地铁的安全运营问题，而其沉降变形首先始于孔隙水压力的变化及其土体应力的变化[11－12]。因而，研究地铁隧道四周土体的动力响应对于地铁的设计、施工和安全运营具有重要意义。1现场动态监测为研究地铁振动荷载对隧道四周饱和软黏土的影响，研究中采用现场试验与测试的方法。研究地点选在上海地铁二号线静安寺站—江苏路站之间。现场监测采用动态监测系统，其采样频率可高达200Hz，而精度可达

4、0.1kPa，完全可以反映四周土体对列车振动荷载的响应。动态监测系统包括:电阻式传感器，动态应变放大器，数据采集器和电脑。该系统通过计算机系统记录所有的采样点数据，可以达到实时监测的目的。动态监测系统运行示意图如图1所示。试验布孔采取折线式布孔方式(如图2)。平面上，在地铁隧道平行向和垂直向分别布设3个钻孔，钻孔直径为110mm，布孔位置距静安寺地铁车站隧道出口处的距离为210m。与地铁隧道轴线平行方向的钻孔为3、4、5号孔，钻孔孔距为15.0m，距地铁隧道管片外侧仅1.8m地铁振动荷载作用下隧道四周饱和软黏土动力响

5、应研究张曦唐益群周念清王建秀赵书凯摘要:以上海地铁二号线静安寺站－江苏路站区间隧道四周饱和软黏土为研究对象，通过对隧道四周不同位置、不同深度土体中预埋土压力盒和孔压计，进行现场连续动态监测，对地铁振动荷载作用下饱和软黏土的响应频率、土体响应应力幅值随距离地铁隧道远近以及土体响应应力幅值随深度的变化规律进行研究，并提出了土体动力响应衰减计算公式，利用该式可以计算出地铁列车经过时的影响范围及其动力响应值的大小，可以猜测与估算地铁列车振动荷载对四周建筑物的影响情况，为地铁设计、施工以及安全运营提供有价值的参考。关键词:地铁

6、隧道;振动荷载;饱和软黏土;动力响应地铁作为一种安全、舒适、高速的交通工具，在现代城市中必不可少。但是，地铁列车在行驶过程中引起的振动问题是不容忽视的。有很多模型被用来分析地面上列车荷载作用下产生的地面振动[1－4]。文献[5－7]中研究了在列车振动荷载下轨道系统的动力响应，但其只研究了地基上部结构的响应，并未研究土的动力响应。目前，国内外对地铁隧道四周饱和软黏土动力响应的研究尚未见到。然而，饱和软黏土在地铁列车长期振动荷载作用下将会产生较大的变形[8－9]，根据有关监测资料，上海地铁1号线隧道在某些区段出现较大的轴

7、线变形和地面沉降量[10]，给地铁列车的正常运营带来了一定的影响。地铁隧道的轴线变形和地面沉降直接关系到地铁的安全运营问题，而其沉降变形首先始于孔隙水压力的变化及其土体应力的变化[11－12]。因而，研究地铁隧道四周土体的动力响应对于地铁的设计、施工和安全运营具有重要意义。1现场动态监测为研究地铁振动荷载对隧道四周饱和软黏土的影响，研究中采用现场试验与测试的方法。研究地点选在上海地铁二号线静安寺站—江苏路站之间。现场监测采用动态监测系统，其采样频率可高达200Hz，而精度可达0.1kPa，完全可以反映四周土体对列车振

8、动荷载的响应。动态监测系统包括:电阻式传感器，动态应变放大器，数据采集器和电脑。该系统通过计算机系统记录所有的采样点数据，可以达到实时监测的目的。动态监测系统运行示意图如图1所示。试验布孔采取折线式布孔方式(如图2)。平面上，在地铁隧道平行向和垂直向分别布设3个钻孔，钻孔直径为110mm，布孔位置距静安寺地铁车站隧道出口处的距离为210m。与地