移動(dòng)荷載作用下圓形隧道的動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，隧道工程建設(shè)規(guī)模在總體上呈現(xiàn)出不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隧道中列車運(yùn)營(yíng)引起的振動(dòng)及其對(duì)周圍環(huán)境的影響已經(jīng)成為世界性的研究熱點(diǎn)，相關(guān)的研究成果可以為隧道線路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和消振減振設(shè)計(jì)提供理論和技術(shù)支持。
　　本文以彈性動(dòng)力學(xué)理論、Biot理論和聲學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用Fourier變換方法，建立了單相彈性土，飽和土及水中的圓形隧道在移動(dòng)荷載作用下的若干解，并根據(jù)這些解對(duì)上述隧道在移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析。本文的

2、主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.對(duì)隧道和土體均用彈性動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行描述，并以解析方法研究了移動(dòng)荷載作用下彈性土中無襯砌和襯砌隧道的動(dòng)力響應(yīng)。對(duì)隧道和土體分別引入一個(gè)標(biāo)量勢(shì)函數(shù)和一個(gè)矢量勢(shì)函數(shù)來表示其位移?；贔ourier變換方法，建立了柱坐標(biāo)系下隧道和土體勢(shì)函數(shù)在頻率-波數(shù)域內(nèi)的通解。根據(jù)隧道的邊界條件及隧道-土體界面處的連續(xù)性條件，求得單個(gè)移動(dòng)荷載作用下無襯砌和襯砌隧道的解析解，疊加單個(gè)荷載的解可得系列等距移動(dòng)荷載作用下的解，基于

3、系列等距移動(dòng)荷載的解，可確定系列移動(dòng)荷載作用下的共振和消振條件。對(duì)頻率-波數(shù)域內(nèi)的解進(jìn)行Fourier逆變換，即得時(shí)間-空間域內(nèi)的解。通過數(shù)值分析，比較了無襯砌和襯砌隧道時(shí)域內(nèi)響應(yīng)的區(qū)別，分析了隧道和土體的臨界速度及系列移動(dòng)荷載作用下的共振和消振現(xiàn)象。
　　2.對(duì)隧道和土體分別用Biot理論和彈性動(dòng)力學(xué)方程來描述，以解析方法研究了移動(dòng)荷載作用下飽和土中無襯砌和襯砌隧道的動(dòng)力響應(yīng)。對(duì)襯砌采用與上述類似的方法進(jìn)行處理，對(duì)飽和土體，引入

4、兩個(gè)標(biāo)量勢(shì)函數(shù)和一個(gè)矢量勢(shì)函數(shù)來表示其固相位移和孔隙水壓力。利用Fourier變換方法，建立了柱坐標(biāo)系下隧道和土體勢(shì)函數(shù)在頻率-波數(shù)域內(nèi)的通解。結(jié)合隧道的邊界條件及隧道-土體界面處的連續(xù)性條件，得出了隧道在單個(gè)移動(dòng)荷載作用下頻率-波數(shù)域內(nèi)的解。和單相土類似，根據(jù)單個(gè)荷載的解，可得系列等距移動(dòng)荷載作用下隧道的響應(yīng)，進(jìn)而確立系列移動(dòng)荷載作用下的共振和消振條件。最后通過Fourier逆變換，即得隧道在移動(dòng)荷載作用下時(shí)間-空間域內(nèi)的解。通過數(shù)值

5、分析，研究了飽和土中的隧道對(duì)移動(dòng)荷載的動(dòng)力響應(yīng)，并比較了彈性土和飽和土中的隧道動(dòng)力響應(yīng)的差別，研究了隧道的臨界速度及系列移動(dòng)荷載作用下的共振和消振現(xiàn)象。
　　3.對(duì)隧道和水體分別用彈性動(dòng)力學(xué)方程和聲學(xué)方程進(jìn)行描述，以解析方法研究了水中懸浮隧道在移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。利用Fourier變換方法，建立了柱坐標(biāo)系下隧道和水體的控制方程在頻率-波數(shù)域內(nèi)的通解。根據(jù)上述通解，并利用隧道的邊界條件及隧道-水體界面處的連續(xù)性條件，確定了單個(gè)