地铁引发低频振动的隔振措施研究

论文摘要

随着城市建设的发展,地铁已成为城市交通体系的重要组成部分。然而,地铁列车运行引发的低频振动,已经严重影响到人们的日常活动和实验室精密仪器的使用。环境振动已经受到国内外的广泛关注,交通荷载产生的环境振动及噪声目前被列为世界七大环境公害之一,因此,极有必要开展交通荷载引起振动的隔振措施研究。六十年代就有人开始研究交通荷载引发振动的减隔振措施,如利用空沟、地下连续墙等。研究表明,当沟深小于表面波长的30%时,对低频振动,空沟几乎没有什么效果。国内外相关研究表明,地下连续墙能减少轻轨运行产生的地面振动2～5dB,但对于波长较大的低频振动,连续墙深度足够大时才有效。因此空沟和填充式沟渠只适合中高频振动的隔离。20世纪90年代开始,Schmid提出了在土中建造“人工基岩”来屏蔽土层的振动,这样的“人工基岩”被称为波阻块(WIB—Wave Impeding Block)。其后Peplow等人(1999)从理论上研究了WIB的隔振效果,结果表明:WIB能有效减弱地表荷载产生的低频振动在远场的反应,足以减小振动幅值。高广运、李伟研究了层状地基WIB主动隔振,认为WIB能有效减少低频振动。综上所述,WIB对于地表荷载引起的振动有较好的隔振效果,但对地铁引发的低频振动却少有研究。本文拟探讨WIB对地铁低频振动的隔振效果,主要工作如下:首先建立了列车—隧道—地基的数值计算模型,利用已有经验公式将地铁移动荷载简化为沿隧道向前移动的移动荷载列,计算了地下连续墙和空沟对地铁振动的隔振效果,并分析了连续墙和空沟的深度、宽度、位置等对隔振效果的影响;然后计算了埋设WIB前后场地土的振动,分析了WIB的深度、宽度、厚度及构造等对隔振效果的影响;最后将WIB与地下连续墙和空沟的隔振效果进行比较,得到WIB对于地铁引发低频场地振动的隔振效果。分析表明:(1)对于地铁运行产生的低频振动,WIB有良好的隔振效果,可以有效降低地表的振动加速度,使地表振级降低5～10dB以上,大大优于地下连续墙和空沟的隔振效果;(2)对于5～15Hz的低频振动,地下连续墙和空沟几乎没有什么作用,而WIB能降低低频段能量幅值达50%以上;(3)WIB的隔振效果与WIB的埋深、厚度、构造和场地土的特性等有关。因此对于住宅、实验室等对低频振动敏感的建筑,WIB是一种非常有效的隔振措施。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 引言
• 1.3 地铁引发场地振动的国内外研究现状
• 1.3.1 国外的研究现状
• 1.3.2 国内的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 无隔振措施时波的传播分析
• 2.1 振动在土壤中的传播理论
• 2.1.1 波动方程
• 2.1.2 弹性体波
• 2.1.3 弹性面波
• 2.1.4 弹性波的传播及振幅随距离的衰减
• 2.2 有限差分软件FLAC-3D简介
• 2.3 无隔振措施时的土体动力分析
• 2.3.1 地铁列车移动荷载的模拟和施加
• 2.3.2 静、动力计算参数及计算模型
• 2.3.3 无隔振措施时地表振动分析
• 第3章 地下连续墙、空沟和WIB的隔振分析
• 3.1 地下连续墙用于地铁振动的隔振分析
• 3.1.1 连续墙埋深对隔振效果的影响
• 3.1.2 连续墙厚度对隔振效果的影响
• 3.1.3 连续墙位置对隔振效果的影响
• 3.2 空沟用于地铁振动的隔振分析
• 3.2.1 空沟深度对隔振效果的影响
• 3.2.2 空沟宽度对隔振效果的影响
• 3.2.3 空沟位置对隔振效果的影响
• 3.3 WIB用于地铁引发振动的隔振分析
• 3.3.1 WIB埋深对隔振效果的影响
• 3.3.2 WIB宽度对隔振效果的影响
• 3.3.3 WIB构造对隔振效果的影响
• 3.4 三种隔振措施的对比
• 3.4.1 不同隔振措施对地表振级的影响对比
• 3.4.2 不同隔振措施对低频振动的隔振效果对比
• 第4章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢