浅谈列车振动荷载作用下上下近距离交叠地铁区间隧道周围土体液化及振陷研究

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1、同济大学博士学位论文列车振动荷载作用下上下近距离交叠地铁区间隧道周围土体液化及振陷研究姓名：陈卫军申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：孙钧20030218摘要随着我国地铁建设的蓬勃发展，地铁列车的运行对周围环境的影响越来越引起人们的高度重视。目前，地铁列车的运行对周围环境的影响研究主要集中在两个方面：一是列车运行引起周围环境的振动，二是列车振动引起隧道结构的动力响应。上海地质条件较差，是易液化地层，地铁列车的振动是否会引发隧道周围土体的液化及振陷则鲜有研究。本文以上海市轨道交通明珠线二期工程南浦太桥站至浦东南路站地铁区间近

2、距离交叠隧道为背景，主要对在列车振动荷载作用下，隧道周围土体的液化及振陷进行数值模拟研究。首先，论文研究了地铁列车振动荷载的特点及其作用下土体的力学性状，计算出了地铁列车振动荷载的变异系数，得出了地铁列车振动荷载能够简化为确定性荷载来分析的结论：单次地铁列车动载的作用可以按不排水来考虑；无限次列车振动认为是慢速荷载，可以不进行动力分析来考虑；并借鉴南京地铁车行动载下地基土动孔隙水压实验研究成果，给出了列车动载作用下隧道周围土体液化及振陷的数值模拟方法。然后，归整了地下结构运动方程的建立及求解方法，简述了岩土工程有效应力分析法的基

3、本内涵，并给出了对上海软土描述较好的静力和动力本构关系及参数取值。通用有限元ANSYS软件虽然功能强大，但没有对上海软土适应较好的本构关系，亦不能计算列车振动而产生的动孔隙水压。论文探讨了基于ANSYS平台的二次开发技术，给出了通过使用APDL语言来控制程序流程和添加材料本构模型的实践。论文对列车动载作用下隧道周围土体液化及振陷进行了二维有效应力有限元数值模拟研究。并得出了由于地铁列车动载作用，远不能使隧道周围土体产生液化及振陷较小并可忽略的结论。关键词：列车振动交叠隧道液化振陷有效应力动力有限元A3S誓RAC蕈Withthei

4、ncreaseinrunningmetrolines,vibrationeffectsoftrainsonsurroundingenvironmentsandbuildingsarepaidmoleattention。确eabovestudiesmainlyfocusonthefollowingtwoaspects：1．groundbuilding’Svibrationduetotherunningtrains．2．theadditionalstressinthetunnelstructureinducedbythetrain’

5、Svibratingload．ThegeologyinShanghaiCityisratherpoor,anditiseasilyliquefiedintheearthquake．Whetherthetrain’Svibratingl。醛canmakethesoilsliquefiedisstillgivenlessconcern．ThedissertationiscarriedoutagainstabackgroundoftunnelsdrivenupanddownincloseproximitybetweentheNanpu

6、BridgeStationandthePudongSouthRoadStationintheSecondPhaseProjectofRailTransitPearlLineofShanghai，Theaimistoevaluatetheliquefactionandsettlementofthesoilsurroundingthetunnelsduetothetrain’Svibratingloadbyusing2DeffectivestressFEM．Firstly,throughinvestigatingontherelat

7、ionshipbetweenthemetrotrain’Svibratingloadandtheundergroundsystem，thefollowing‘conclusionsaredrawn：1．owingtothesmallrateofthestandardvariationandthemean，thetrain’Svibratingloadcanbesimplifiedasdeterminateload．2．justoncevibrationeffectonthesoilcarlbeevaluatedaccording

8、totheun-dralnedcondition．3．thelastingvibrationeffectcallbeevaluatedbystaticcalculation．Refertothetestingresultofdynamicporewaterpre