高速铁路引起的环境振动及隔振研究

论文摘要

随着列车运营速度、轴重、铁路路网密度和行车密度的提高,加剧了铁路运输对环境的污染。现代铁路运输对环境的污染主要表现为铁路噪声和经由大地传播的环境振动。列车沿铁路运行时,其移动轴荷载和由轮轨接触表面的不平顺而产生的轮轨动荷载使车辆和轨道结构产生振动,轨道结构的振动经由轨道传入大地,产生振动波。这种振动对铁路周围的居民、临近建筑物以及地下管线、精密仪器会产生不可忽视的影响。因此,分析高速铁路引起的环境振动以及如何减小这种振动具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在已有的研究基础上,采用有限元方法,分别建立车辆—轨道—路基垂向动力分析模型和轨道—路基—大地二维动力分析模型,分析了双块式无砟轨道在列车速度为250km/h、300km/h和350km/h时的地面振动特性。通过设置隔振沟和混凝土地下连续墙的隔振方式,分别分析隔振沟和混凝土地下连续墙的埋深、厚度和设置位置对隔振效果的影响。研究结果表明：(1)无隔振措施或者设置隔振沟或者混凝土地下连续墙,对于列车速度从250km/h到350km/h时,地表振动在不同车速之间变化很小,可以忽略。(2)在距离轨道中心线的50m范围内,地表的振动均超出了《城市区域环境振动标准》对地表振动80dB限值的规定。(3)随着离轨道中心线距离的增加,地表振动随之减小,而且20Hz以上的振动衰减的较快,20Hz以下的振动衰减的较慢。(4)隔振沟对其后的地表振动有着显著的隔振效果。在本文的计算条件下,在隔振沟后的地面点,设置隔振沟后振动比没有设置隔振沟的大概低10dB；当隔振沟的埋深h=12m,距离轨道中线线d=15m,厚度w=0.5m时,离隔振沟后的地表振动基本满足《城市区域环境振动标准》所规定80dB的要求。(5)隔振沟的埋深对其地表的隔振效果影响显著；隔振沟设置位置以及隔振沟的厚度变化对地表的隔振效果影响都很小。(6)混凝土地下连续墙对地表的隔振效果较差。对离混凝土地下连续墙的距离较近时,对地表的隔振效果较好：当距离较远时,隔振效果较差。(7)混凝土地下连续墙的埋深、设置位置以及厚度的变化对地表的隔振效果影响很小。最后对比分析了在相同条件下,隔振沟、混凝土地下连续墙和粉煤灰填充沟的隔振效果,得出隔振沟的隔振效果最好,粉煤灰次之,混凝土地下连续墙最差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 高速铁路引起的振动研究
• 1.2.2 高速铁路隔振措施
• 1.3 研究方法
• 1.3.1 解析的波数—频域法
• 1.3.2 数值分析方法
• 1.3.3 试验与经验法
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 车辆—轨道—路基垂向动力学模型
• 2.1 引言
• 2.2 研究方法
• 2.3 有限元动力分析理论
• 2.4 路基上双块式无砟轨道动力分析模型
• 2.4.1 车辆模型
• 2.4.2 路基上双块式无砟轨道模型
• 2.4.3 车辆-轨道-路基垂向耦合有限元模型
• 2.4.4 轮轨接触关系
• 2.5 轮轨力分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 高速铁路引起的环境振动
• 3.1 概述
• 3.2 振动在大地中的传播
• 3.2.1 弹性体中波的传播
• 3.2.2 弹性体中波的类型
• 3.3 振动的评价
• 3.3.1 振动的主要参数
• 3.3.2 振动的评价
• 3.4 计算参数的确定
• 3.4.1 模型假设
• 3.4.2 模型范围与单元大小
• 3.4.3 模型边界处理
• 3.4.4 阻尼参数取值
• 3.4.5 时间步长确定
• 3.4.6 土层动力参数确定
• 3.4.7 列车荷载的确定
• 3.5 计算分析
• 3.5.1 计算模型的确定
• 3.5.2 地面振动的响应
• 3.5.3 各土层中的振动响应
• 3.5.4 列车速度对地面振动的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 高速铁路引起的环境振动隔振研究
• 4.1 概述
• 4.2 空沟隔振
• 4.2.1 列车速度对隔振沟隔振效果的影响
• 4.2.2 隔振沟的埋深对隔振效果的影响
• 4.2.3 隔振沟的位置对隔振效果的影响
• 4.2.4 隔振沟的厚度对隔振效果的影响
• 4.2.5 隔振沟的隔振区域分析
• 4.2.6 本节小结
• 4.3 混凝土地下连续墙隔振分析
• 4.3.1 列车速度对混凝土地下连续墙隔振效果的影响
• 4.3.2 混凝土地下连续墙的埋深对隔振效果的影响
• 4.3.3 混凝土地下连续墙的位置对隔振效果的影响
• 4.3.4 混凝土地下连续墙的厚度对隔振效果的影响
• 4.3.5 混凝土地下连续墙的隔振区域分析
• 4.3.6 本节小结
• 4.4 不同隔振材料对隔振效果的对比分析
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文主要工作和结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文