地铁振动荷载作用下土体动剪应力分析 analysis of dynamic shear stress of soil around the tunnel under subway vibration load.pdfVIP

第33 卷第 1 期 华 东 交 通 大 学 学 报 Vol . 33 No . 1 2016 年 ２ 月 Journal of East China Jiaotong University Feb . ， 2016 文章编号 ： （ ） 1005-0523 2016 01-0023-0７ 地铁振动荷载作用下土体动剪应力分析 贺腾飞 ，周顺华 ，徐司慧 （同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 ，上海 201804 ） 摘要 ：以南京地铁 10 号线下穿长江段大直径单洞双线盾构工程为背景 ，研究地铁列车振动荷载作用下大直径单洞双线地铁盾 构隧道周围土体的动剪应力规律 。 采用车辆-轨道垂向统一模型 ，计算地铁运行时产生的轮轨力 ，借助有限元方法 ，将该轮轨力 作为地铁列车荷载输入 ，系统分析单、双列车动载两种情况下 ，隧道周围土体的动剪应力 ，同时对冲切槽段冲刷前后土体动剪 应力的变化进行对比研究 。 研究表明 ：地铁列车荷载作用下 ，隧道拱腰及底部 区域动剪应力较大 ，动剪应力随列车通过数量增 加而变化的幅度平缓 ；单列车通过时隧道周围土体动剪应力呈不对称分布 ；冲切槽段冲刷后隧道拱腰附近土体动剪应力增大 ， 最大增加幅度达 80% ，其余区域较冲刷前减小 ，最大减小幅度约 17%。 关键词 ：地铁列车 ；振动荷载 ；大直径盾构隧道 ；动剪应力 中图分类号 ： 文献标志码 ： U451+.3 A 随着我国城市建设的发展 ，地铁建设取得了长足的进步 。 由于地铁列车荷载具有作用时间长、周期性明 显的特点 ，其长期循环作用会对隧道周围土体的应力场产生较大影响 ，引起土体动剪应力变化 ，甚至导致土 层发生液化 ，进而对隧道及其周边建 （构 ）筑物的安全产生威胁 。 因此研究地铁列车荷载作用下隧道周围土 体动剪应力的分布规律具有重要意义 。 国内学者针对地铁列车荷载作用下土体的动应力响应问题进行了探讨 。 唐益群等[1]通过室内动三轴试 验 ，以南京地铁三山街站底部的原状淤泥质粉质粘土为研究对象 ，分析了在地铁振动荷载作用下淤泥质粉 质粘土的动强度和动应力-动应变的变化规律 。 张曦等[2]通过现场试验 ，以上海地铁 2 号线附近的饱和软粘 土为研究对象 ，分析了在地铁振动荷载作用下饱和软粘土的动应力变化规律 ，提出了土体动应力衰减计算 公式 。 张庆华等[3]通过室内模型试验 ，分析了土体在反复动载作用下产生的动应力随时间变化的规律 ，提出 了动应力累计效应的概念 ，并对动应力的累计特征 、控制因素及其影响规律进行了研究 。 宫全美等[4]利用有 限单元法分析了地铁运行荷载引起的地基土动应力比值的变化规律 、影响范围及动应力比值与列车运行次 数的关系 。 上述研究 多 以常规尺寸盾构隧道为研究对象 ，但是 随着经济的 日益发展 ，交通量剧增 ，修建大直径盾构 隧道成 为发展趋势 。 由于单洞双线大直径盾构隧道横截面积 大 ，地铁列车荷载更容易 引起隧道周围局部土 体动剪应力过大 ，对隧道 结 构及地铁运 营安全产生威胁 ，但是 针对大直径单 洞双线盾 构隧道 中列车荷载作 用下土体动剪应力的研究却鲜见 于文献[5-6] 。 本文 以南京地铁 10 号线越江段 大直径单洞双线盾构工程为背景 ，采用车辆-轨道垂向统一模型计算地 铁运行时产生的 轮轨力 ，以此为激励荷载 ，利用有限元软件 ADINA ，系统分析单 、双列车动载 两种情况下隧 道周围土体的动剪应力规律 ，针对越江 隧道特有的冲刷 问题 ，选取 冲切槽段典型断面 ，对 冲刷前后土体动剪 应力的变化进行对比分析 ，为进一步研究列车荷载作用下土体液化问题提供参考 。 收稿日期 ： ２０１5－07-13 作者简介 ：贺腾飞 （1990—），男 ，硕士 ，河南濮阳人 。 通讯作者 ：周顺华 （1964—），男 ，教授 ，博士 ，博士生导师 ，主要从事轨道交通工程的研究 。 24 华 东 交 通 大 学 学 报 20 16 年 1 工程背景