基于移动轨道交通荷载作用下土体动力反应模拟

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1、工学硕士学位论文移动轨道交通荷载作用下土体动力反应模拟SIMULATIONOFSOILDYNAMICRESPONSEUNDERTHEMOVABLETRACKTRAFFICLOADS张继强哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：U213国际图书分类号：625.1/.5工学硕士学位论文移动轨道交通荷载作用下土体动力反应模拟硕士研究生：张继强导师：汤爱平教授申请学位：工学硕士学科、专业：岩土工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：U213U.D.C.：625.1/

2、.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONOFSOILDYNAMICRESPONSEUNDERTHEMOVABLETRACKTRAFFICLOADSCandidate：ZhangJiqiangSupervisor：Prof.TangAipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：GeotechnicalEngineeringAffiliation:SchoolofCivilEngineerin

3、gDateofDefence：July,2007Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着经济的迅猛发展，我国交通系统的建设速度、规模高速发展，其中，以高等级公路系统和轨道交通网络的建设尤为迅速。飞速发展的轨道交通在提高运输能力的同时，也带来了一些负面影响，其中轨道振动作用下地基沉降问题是其中之一，甚至在一些地区已经导致了严重的灾害，这已引起了科技界和工程界的重视。轨道振动作用下的地基变形问题虽然已经取得了系列可喜成果，但

4、由于该问题的复杂性，目前仍有一些问题需要进一步的研究。本文以有限单元法和改进的圆心位移位移影响函数法模拟了土体在移动振动荷载作用下的反应。首先，本文归纳了前人的研究成果，并对其进行了较详细地讨论，阐述了这些方法的优缺点及使用范围。然后，在研究了轨道振动荷载的产生机理基础上，归纳出一个能够涵盖速度、线路不平顺、轮重、轨枕对轮载的分散作用等一系列因素在内的轨道荷载解析表达式，以此作为输入施加到土体模型上，利用ANSYS模拟了地基土在轨道移动荷载作用下的三维瞬态弹塑性反应。计算中土体采用Drucker-Prager模型，模型底部和侧边界

5、均采用粘弹性人工边界，底部约束水平面内位移。通过计算得出不同位置位移和加速度时程曲线，得出了如下结论：沿深度方向的位移最大，荷载刚加上时，会有一个突变，但是随着荷载的移动达到一个稳定值，随着水平面内远离轨道或者深度的增加，其值都是衰减的，沿着深度方向衰减速度快；对于加速度，荷载刚刚施加时，会有一个突变值，随着荷载的移动，逐渐趋于零。轨道机车速度对深度方向的位移和加速度影响不大，但是对水平面内远离轨道方向影响比较大，甚至会有数量级的变化。其次，分析了谐振动作用下地基土响应lamb积分解的优缺点，在此基础上，利用改进的圆心位移影响函数

6、法求解了轨道移动荷载作用下地基土的动力反应，给出了一个精确解。首先在圆心位移影响函数法的基础上加上速度项，然后基于MATLAB软件平台，用数值模拟方法求出了移动谐振动作用下地基土的位移时程曲线，并分析了频率、速度对位移的影响。得到如下结果：随着远离振源，位移函数收敛的值逐渐减小，与前面ANSYS分析的结果相吻合；振动的频率对位移函数的影响比较大，随着频率的增大位移函-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文数收敛的数值逐渐变大，趋于线性变化；运动速度对深度方向的位移影响不大。移动轨道振动荷载作用下，地基土的动力反应问题是很复杂的。这篇论

7、文的结果显示基于有限单元法和改进的圆心位移影响函数法在某些条件下，可以用来揭示在轨道振动作用下地基土的反应机理。关键词轨道振动；移动交通荷载；数值模拟；圆心位移影响函数法；土体动力反应-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththegrowthoftheeconomy,transportationengineeringinChinaisrapidlydeveloping.Thedevelopmentofexpresswaysystemandtracktrafficsystemisfasterthanthatof

8、othertrafficsystems.Althoughthegrowingtracktrafficcanmakematerialandenergymuchmoreeasilytransport,thissystemalsoinducesaseri