黄土地区高速铁路环境振动特性分析

有关湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降与其措施分析有关湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降与其措施分析【摘要】结合黄土的物理力学性质，分析湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降控制的重要性，探讨湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降的成因，并提出湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降控制措施。

研究表明：黄土的湿陷性、水的影响、列车振动荷载、施工质量是造成湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降的主要因素，通过采取浅层换填、冲击压实、强夯法、挤密法、桩基法等地基处理手段，同时做好防排水、路堤边坡防护、路基沉降监测、路基养护等工作，可以提高湿陷性黄土地区高速铁路路基的强度和稳定性，将路基沉降控制在容许范围内，确保高速铁路的行车安全。

【关键词】湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降随着经济社会的不断发展，我国已进入高速铁路建设的高潮期。

较之普通铁路，高速铁路对轨道平顺性的要求更高，这就要求将路基沉降控制在尽量小的范围内。

而湿陷性黄土由于特殊的土体性质，极易导致路基沉降，进而影响高速铁路的正常运营。

因此，研究湿陷性黄土地区高速铁路的路基沉降成因，并提出切实有效的沉降控制措施，对我国高速铁路事业发展具有重要意义。

1 黄土的物理力学性质黄土是陆相沉积的特殊土，是一种经第四纪干旱、半干旱气候，多种地质作用改造，仍然在演化中的土体，一般具有以下特征：颜色以淡黄、灰褐、黄褐色为主，但也有棕黄、棕红等色；呈松散结构状态，孔隙缝隙比约为0.7～1.1；质地均匀，以粉粒为主，约占50%～75%，粉粒直径约为0.075mm～0.005mm；碳酸钙含量约为10%～30%，含有少量溶盐与易溶盐；垂直柱状土体节理发育；含水量低，遇水易崩解。

层理结构不明显，可见堆积间断的剥蚀面，有棕红色古土壤层分布。

除上述基本特征之外，黄土由于沉积的地质年代不同，其性质也存在明显差异。

黄土形成越晚，其特征越明显，对地基沉降的影响越大；反之，越是年代久远的黄土，其大孔结构退化越明显，土质更加密实，压缩性和湿陷性则相应减弱，对地基沉降的影响也就相对较弱。

2008年7月第7期(总118) 铁　道　工　程　学　报JOURNAL OF RA I L WAY E NGI NEER I NG S OC I ETY Jul 2008NO.7(Ser .118) Ξ　收稿日期:2008-04-10　ΞΞ作者简介:龚成明,1963年出生,男,副研究员。

文章编号:1006-2106(2008)07-0001-04黄土路堑边坡在振动作用下的动力响应分析Ξ龚成明ΞΞ　刘争平　杨　丹(西南交通大学,　成都610031)摘要:研究目的:在黄土路堑基底加固中采用柴油柱锤打桩机产生振动的条件下,测试柱锤振动对黄土路堑边坡的动力响应,分析研究动力响应在水平地面与边坡上的差别,查找施工过程中黄土边坡坍塌的外在动力因素。

研究结论:黄土路堑边坡在振动作用下的动力响应存在明显的放大效应,尤其是边坡的变坡点的动力响应明显强于自由场(水平地形)的动力响应,并随边坡的增高而逐渐衰减,但衰减速度较水平地面上缓慢得多。

这种地形对振动产生的动力放大效应是引发黄土路堑边坡坍塌的重要因素之一,因此,在处理路堑基底时,应考虑边坡的临时防护与加固,确保施工过程中的稳定与安全。

关键词:边坡;基底加固;动荷载;放大效应中图分类号:T U413.5 文献标识码:AAnalyses of Dynam i c Response of the Loess Slope Under Constructi onVi brati onsGO NG Cheng -m i n g,L IU Zheng -p i n g,YANG Dan(Southwest J iaot ong University,Chengdu,Sichuan 610031,China )Abstract:Research purposes:The tests of the dyna m ic res ponses of the l oess sl ope excited by p ile ha mmer vibrati ons are done and the analyses of the difference of dyna m ic res ponse bet w een level gr ound and side sl ope are made f or the pur pose of finding out the external dynam ic fact ors f or collap se of side sl ope in constructi on .Research conclusi on s:The l oess sl ope has str ong dyna m ic res ponses t o the constructi on vibrati ons,and es pecially,the dyna m ic res ponses of the crest part of the sl ope are much str onger than that of the free field (horiz ontal surface ).The t opographic a mp lificati on effects should be one of the potential fact ors for the collap se of l oess sl ope in the f oundati on reinforce ment p r ocess .Theref ore,t o ensure the stability of the sl ope and constructi on safety,it is very i m portant t o take te mporary reinf orce ment measure f or l oess sl ope .Key words:side sl ope;foundati on reinforce ment;dyna m ic l oad;a mp lificati on effect 在黄土地区尤其是湿陷性黄土地区修建公路、铁路客运专线,遇到的突出问题是保证路基工程具有强度高、刚性大、稳定性好、耐久性优良和不易变形等特点,但黄土的湿陷性对结构物的安全不利,因此,《铁路特殊路基设计规范》明确要求“采取减少或消除地基湿陷性的处理措施”[1],建设过程中需要采取工程措施消除其湿陷特性。

高速铁路黄土路堑高边坡稳定性分析及变形规律研究高速铁路黄土路堑高边坡稳定性分析及变形规律研究引言：随着高速铁路建设的不断推进，对黄土路堑高边坡的稳定性和变形规律进行研究具有重要的理论和实践意义。

因为黄土在不同水分条件下，其物理力学性质会发生明显的变化，导致路堑高边坡变形的情况复杂多样。

为了提高高速铁路的运营安全和减少工程灾害，对黄土路堑高边坡进行稳定性分析和变形规律研究是必要的。

一、黄土的特性与力学性质分析1.1 黄土的形成和分布黄土是由古代风沙运动以及随后的湖泊和河流沉积形成的一种具有特殊工程性质的土壤。

在我国，黄土主要分布在陕西、甘肃、宁夏、山西等地区。

1.2 黄土的物理力学特性黄土具有较高的含水量、较大的孔隙比和较大的毛细吸力等特点，这些特性决定了其稳定性和变形规律。

二、黄土路堑高边坡的稳定性分析2.1 应力分析针对黄土路堑高边坡的稳定性分析，首先需要进行应力分析。

黄土在重力作用下会形成不均匀的应力场，导致坡面产生位移和剥落。

通过对应力分析，可以确定黄土路堑高边坡的最大可支持高度。

2.2 变形分析黄土路堑高边坡的变形主要包括侧向位移和沉降。

变形分析可以通过数值模拟和现场监测相结合的方法，最终得到较为准确的变形规律。

而随着时间的推移，黄土路堑高边坡的变形也会不断发展，变形规律也会发生变化。

三、黄土路堑高边坡变形规律研究3.1 变形规律的因素分析通过对大量的实测数据和成果进行统计和分析，可以得出影响黄土路堑高边坡变形规律的因素有：黄土含水量、路堑高度、温度等。

3.2 路堑高边坡变形规律的数学模型建立通过对已有的实测数据进行回归分析，并结合黄土的力学特性，可以建立黄土路堑高边坡变形规律的数学模型。

这将有助于对未来的设计和施工提供科学依据。

结论：通过对高速铁路黄土路堑高边坡的稳定性分析和变形规律研究，可以更好地了解黄土在工程中的行为和特性。

这对于保证高速铁路的运营安全，减少工程灾害，具有重要的实践意义。

宝兰高铁列车运行所致桥路隧过渡段黄土场地地面振动实测与分析牛富航;严武建;宿文姬;郑海忠;吴志坚【摘要】为研究宝兰高铁桥路隧过渡段黄土场地振动特性和放大效应,对宝兰高铁通道里程K1491+202段马营隧道、路基和桥梁桥路隧过渡段黄土场地地面进行现场振动测试,通过采用频谱分析和反应谱分析方法研究高铁列车对桥路隧过渡段临近黄土场地地面振动特征、频谱特征和加速度反应谱特征.结果表明:针对桥墩点振源和路基线振源,黄土斜坡场地地面峰值加速度均比平坦黄土场地大;地面振动持续时间与列车荷载呈正相关关系,黄土斜坡场地持时比平坦黄土场地持时更长;运行列车引起的地面振动频率集中在5～50 Hz之间,车速对地面水平向振动的频率有一定影响;能量谱峰值与列车运行速度及轮轴载荷均呈正相关性,振源方式对加速度能量谱有重要影响;加速度反应谱表现为单峰型,能量主要集中在中低频范围内,衰减迅速.同时,该研究结果也可为黄土场地效应提供现场实测依据.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2019(043)003【总页数】9页(P89-97)【关键词】宝兰高铁;振动测试;黄土场地;频谱;加速度反应谱【作者】牛富航;严武建;宿文姬;郑海忠;吴志坚【作者单位】中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室,兰州730000;中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室,兰州730000;中国地震局黄土地震工程重点实验室,兰州 730000;甘肃省岩土防灾工程技术研究中心,兰州 730000;华南理工大学土木与交通学院,广州 510006;中国地震局黄土地震工程重点实验室,兰州 730000;南京工业大学交通学院,南京 211800【正文语种】中文【中图分类】U25高速铁路列车运行的轴重产生的地面波与传统列车相比具有不同的传播特性，由此产生的振动影响范围很广，甚至可能造成结构破坏[1].地面振动水平取决于列车速度、地面状况、结构类型等多种因素[2-5].对于大多数铁路振动问题，荷载谱的主要频率通常在0.5～80 Hz之间[7]，具体取决于轮轨不平顺和车辆效应[7-8].目前国内外学者主要针对铁路轨道、路基和高架桥梁工程等铁路列车引起的地面振动开展了大量研究，主要侧重于动力响应分析、数值模拟预测、振动致灾分析等方面.Forrest等[9-10]对地铁列车在地下隧道的地面振动进行了数值模拟.Cheng等[11]采用2.5D有限元方法模拟了两列火车相遇时的地面振动情况.曹艳梅等[12]建立了运行列车引起地面振动的理论模型并对振动特性进行了分析.翟婉明等[13]建立了高速列车-轨道-桥梁动态相互作用模型并与实测数据进行了对比验证.叶阳升[14]结合高速铁路路基基床动力响应现场实测与有限元计算，揭示了列车荷载作用下基床内应力、应变的分布规律.冯青松等[15]研究了高速铁路路基-地基系统振动响应.龚成明等[16]研究了黄土路堑边坡在振动作用下的动力响应.薛富春等[17]研究了移动荷载下高铁路基段振动加速度频谱衰减特性.Saito等[18-19]开发了由移动荷载引起的地面响应的封闭形式的解析解.Krylov等[20-21]专门侧重于高速列车移动荷载对路基的振动特性研究.孟祥连等[22]研究了西宝高铁某路堤段振动沿地表、地下深度的强度、时程、频谱等空间特征.陈建国等[23]对普通列车运行引起的周围地面振动规律进行了研究.肖明清等[24]对处于粉细砂地层中的广深港高铁狮子洋隧道内高速列车引起的地面振动进行现场测量.但是，对振动产生的空间环境效应尤其对黄土地区高铁桥路隧过渡段振动效应研究较少.本文作者结合宝兰高铁工程实践，选择马营隧道、路基和桥梁桥路隧过渡段黄土场地地面进行现场振动实测，分析不同振源条件下各类黄土场地地面振动的强度、时程、频谱、加速度反应谱等特征，从而为黄土地区高铁桥路隧过渡段场地振动特征及效应提供实测参考和理论依据.1 列车荷载引起黄土场地振动特性测试选取典型的桥路隧过渡段黄土场地进行分析，工点位于徐兰高铁下作业，通道里程K1491+202，为典型的黄土梁峁区.1.1 测试仪器和测点布置测试仪器采用中国地震局工程力学研究所研制的891-Ⅱ型测振仪，主要包括检波器、放大器、滤波器和记录器，可同时测试三分量的加速度，加速度测试范围为0～2.0g；数据采集仪器采用瑞士研制的Syscom数采系统.典型桥路隧段现场振动测试测点布置见图1.测点平行于铁路线方向，测点1位于路堤与桥梁相交斜坡场地，坡度约30°，与轨道高差3.1 m，距离上行轨道13 m；测点2位于路基段中央位置，路基段长度约80 m，为平坦黄土场地，距离上行轨道13 m；测点3位于隧道口平行斜坡场地，坡度约30°，与轨道高差3 m，距离上行轨道16 m；测点4平行于桥梁段下行第一个桥墩，场地平坦，与轨道高差7 m，距离上行轨道13 m.测点4为零点，4个测点高度差见图1(b).测振仪布置在坚硬的黄土场地上，其中水平向X分量垂直于铁路线，水平向Y分量平行于铁路线，垂直向Z分量为重力方向.图1 桥路隧过渡段现场测点布置Fig.1 Layout of site measured points in transition section of bridge,road and tunnel现场振动测试的列车类型为CRH2C型动车组，设置5个车次，其运行方向、运行速度和车辆编组数据如表1所示.表1 5个车次基本参数Tab.1 Basic parameters of 5 recorded trains编号运行方向运行速度/(km/h)车辆编组/节1由西至东15982由西至东15883由东至西20384由西至东19585由东至西172161.2 测试数据分析1.2.1 各测点振动数据特征针对不同列车编组、运行时速，通过对列车实时通过时观测到的不同场地的水平、垂直方向加速度时程曲线进行分析，获得不同黄土场地加速度传递规律和动力响应特性.图2为4个测点在1号列车通过时水平向和垂直向振动加速度实时记录实例.图2 不同测点地面加速度时程曲线Fig.2 Ground acceleration time history curves of different measured points在相同荷载列车的作用下，斜坡场地水平向振动峰值加速度PGA高于非斜坡场地，垂直向PGA低于非斜坡场地，如图2和表2所示.不同列车编组和运行速度地面振动持续时间如图3所示.由图3可知，地面振动持续时间与列车荷载呈正相关关系，与列车速度相关性较小，这可能由于列车运行速度区分度较小而导致，同时场地对持续时间有一定影响，16节CRH2C型动车组列车通过时黄土斜坡场地的持续时间远大于平坦场地.表2 1号列车通过时不同测点PGA对比Tab.2 Comparison of vibration peak acceleration when train No.1 passes cm·s-2测点编号水平向X分量水平向Y分量垂直向Z分量19.6411.547.9728.776.929.11311.5813.26.68410.394.799.61图3 5组列车通过时地面振动持续时间对比Fig.3 Comparison of the groundvibration duration during 5 groups of train passes根据振动加速度时程测试结果，得到4个测点的三分量的PGA与列车运行速度的统计关系及与不同测点下的黄土场地的关系，如图4所示.图4 不同速度列车引起地面振动的PGA对比Fig.4 Comparison of peak acceleration of ground vibration caused by different speed of trains由测试PGA分析可知：对于同一测点，水平向X分量地面PGA与列车的运行时速具有一定的相关性，但是并不明显，特别是位于桥墩位置的测点4的水平向X 分量在列车运行速度最高时却出现PGA最低的现象，而在1、2和4号列车通过时有一定的相关性；水平向Y分量地面PGA与列车的运行速度相关性比水平向X 分量的更为不明显；在垂直向Z分量上测点1、3的地面振动强度与列车的运行时速表现为速度越快地面振动越强烈，但在测点2、4则没有这种相关性；同时，PGA还与列车轴重有关，8节列车轴重为16节列车的1/2，在运行速度接近的条件下，其导致的地面PGA远小于16节列车，但是在桥墩测点4和路基测点2却出现PGA更大的现象.对于同一速度列车通过时，不同测点表现出明显的黄土场地效应.测点1、3为斜坡场地，测点2、4为平坦的黄土场地，由图4可知：同一列车通过时，黄土斜坡场地水平向X、Y分量PGA均比平坦黄土场地大，特别是水平向Y分量尤为明显，PGA放大系数约为1～1.3倍，这与文献[25]统计结果类似；而在垂直向Z分量则出现相反现象，即黄土斜坡场地垂直向Z分量PGA均比平坦黄土场地小，但在16节CRH2C型动车组列车时黄土斜坡场地垂直向Z分量振动峰值加速度远大于平坦黄土场地.通过分析加速度时程曲线和对比4个测点在CRH2C型动车组列车通过时采集到的最大加速度波形，可知在桥路隧3种路基结构的列车载荷传递具有不同的衰减效应，且在路基平坦黄土场地和桥梁振源平坦黄土场地存在较为明显的相位差异.测点4采集波形的最大加速度要大于测点2，并且垂直方向加速度波形比水平向的大，和斜坡场地的波形区分较为明显.1.2.2 列车通过时地面振动频谱分析对1号列车通过时，3分量时域数据序列进行傅立叶变换，得到了4个测点3分量地面振动频谱及其峰值，如图5所示.测试中CRH2C列车引起的各方向地面振动频谱范围分布相对较宽，主频范围在5～50 Hz之间，峰值频率分布在15～30 Hz之间，而在40 Hz以上的振动幅值较小；在10～30 Hz之间振动频率出现多个单峰值，说明在频率上振动能量分布较为离散.由谱峰值可知，同为黄土斜坡场地的测点1、3的谱峰值为平坦黄土场地的测点2的水平向谱峰值的1.5倍，水平向谱峰值相似，但对于同样平坦的黄土场地测点4则可能由于振源的不同，其水平向谱峰值比黄土斜坡场地的测点1、3都大约2 cm·s-2，且垂直向谱峰值是测点1、3的大约1倍.图5 不同测点地面振动加速度频谱曲线Fig. 5 Acceleration spectrum curves of ground vibration at different measured points1.2.3 列车通过时地面振动能量谱分析加速度谱函数G(ω)和频谱函数f(jω)的关系可以表示为[26]G(ω)=|f(jω)|2(1)4个测点在1号列车通过时采集到的3分量加速度能量谱分布如图6所示.针对路基和隧道线振源，可以看到黄土斜坡场地水平向加速度能量谱比平坦黄土场地大约20%，垂直向则大约1倍；相对于桥梁点振源，以路基和隧道为振源的黄土斜坡场地水平向和垂直向加速度能量谱约为桥梁振源的平坦黄土场地的50%，说明振源方式对加速度能量谱有重要影响.比较不同路基结构和场地的振动响应，隧道和路基振源的加速度能量谱的振动频率范围远大于桥梁振源，桥梁振源的平坦黄土场地的加速度能量谱的振动衰减要大于路基振源.图6 不同测点地面振动加速度能量谱曲线Fig.6 Energy spectral curves of ground vibration acceleration at different measured points2 地面振动加速度反应谱分析反应谱是单质点黏性阻尼系统在地震作用下，动力响应过程中的最大值随结构自振周期或频率的变化规律[27].为了测试列车荷载对加速度反应谱的影响，选择1号和5号列车进行反应谱对比分析.图7给出了1号、5号列车通过时，各观测点的3分量加速度反应谱，由分析可见：1)列车荷载振动地震动反应谱能量主要集中在中低频范围内，衰减迅速.4个测点在两列列车通过时的反应谱主频范围均为10～50 Hz.从衰减周期上看，都在约0.4 s 衰减结束，隧道振源斜坡场地测点3和路基振源平坦黄土场地衰减较快.2)列车荷载对各测点加速度反应谱谱值有较大影响.5号列车通过时各测点的水平向和垂直向PGA均比1号列车大，水平向PGA大约1倍，垂直向大约0.5倍，反映了列车荷载对PGA有重要影响.在1号列车通过时谱形以单峰型(0.05 s)为主，而5号列车通过时谱形为双峰型(0.05 s，0.10 s)，尤其以垂直向最为明显.图7 各测点的加速度反应谱Fig.7 Acceleration response spectrum at each measued point3)测点1、3水平向PGA与测点2、4相比明显增大，这与观测点所在的场地位置有关，测点1、3均为黄土斜坡场地，测点2、4则为平坦的黄土场地，受地形影响，斜坡场地水平向分量PGA明显大于平坦黄土场地.为了测试黄土场地对加速度反应谱的影响，选择斜坡黄土场地测点1和平坦黄土场地测点2作为典型场地，进行不同列车运行速度v与加速度反应谱相关性分析，如图8所示.分析可知：列车荷载对加速度反应谱谱值影响较大，而在速度区分度较小的情况下对加速度反应谱谱值影响较小.5号列车荷载是其他4辆列车荷载的2倍，5号列车通过时，测点1水平向和垂直向加速度反应谱谱值比其他列车通过时大，且水平向PGA是其他列车通过时的约3倍，垂直向PGA约2倍.图8 测点地面加速度反应谱Fig.8 Acceleration response spectrum of measured points3 结论对宝兰高铁黄土地区桥路隧过渡段在不同地形条件下，高速列车通过时进行场地现场振动测试，采用频谱分析研究黄土地面频谱特征和加速度反应谱特征，得到以下结论：1)高速铁路列车在黄土地区桥路隧段通过时，地面振动持续时间与列车荷载呈正相关关系，与列车速度相关性较小，这可能是因为列车运行速度区分度较小而导致，同时场地对持续时间有一定影响.2)表现出显著的黄土场地效应.同一列车通过时，黄土斜坡场地水平向X、Y分量PGA均比平坦黄土场地大，特别是水平向Y分量尤为明显.黄土斜坡场地水平向和垂直向加速度能量谱峰值均比平坦黄土场地大.3)针对路基和隧道线振源，黄土斜坡场地水平向加速度能量谱峰值比平坦黄土场地大约20%，垂直向则大约1倍；相对于桥梁点振源，以路基和隧道为振源的黄土斜坡场地水平向和垂直向加速度能量谱峰值约为桥梁振源的平坦黄土场地的50%，说明振源方式对加速度能量谱峰值有重要影响.4)振动频率范围主要分布在5～50 Hz之间，峰值频率分布在15～25 Hz之间.振动加速度反应谱主频范围均为10～50 Hz.从衰减周期上看，都在约0.4 s衰减结束.谱形以单峰型(0.05 s)为主.列车荷载振动地震动反应谱能量主要集中在中低频范围内，衰减迅速，主频范围均为10～50 Hz，且黄土斜坡场地水平向分量PGA明显大于平坦黄土场地.同时，该研究结果也可为黄土场地效应提供现场实测依据. 参考文献:【相关文献】[1] 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黄土地区高速铁路高架轨道系统诱发的环境振动的研究及数值分析黄土地区高速铁路高架轨道系统诱发的环境振动的研究及数值分析摘要：随着城市化进程的加速，高速铁路在我国的建设已经成为一个重要的交通工程。

然而，在黄土地区，高速铁路的高架轨道系统会产生较大的环境振动，对周围居民和建筑物造成潜在的威胁。

本文研究了黄土地区高速铁路高架轨道系统的环境振动特性，并通过数值分析方法进行了模拟和预测。

1. 引言黄土地区是我国分布较广的一种特殊地质环境，其土层质地疏松、孕灰粒度大，具有较强的易侵蚀性和易液化性。

高速铁路作为大型交通工程，在黄土地区的建设面临着一些特殊的挑战，其中之一就是高架轨道系统所产生的环境振动。

2. 黄土地区高架轨道系统的环境振动特性研究2.1 振动特性测试本研究选取了一个位于黄土地区的高速铁路高架轨道系统为研究对象，采取了实地振动测试的方法。

通过在系统附近安装振动传感器，记录了高架轨道系统运行时产生的振动数据。

2.2 振动特性分析通过对振动数据进行处理和分析，我们发现高架轨道系统产生的环境振动主要集中在低频段，且峰值较高。

这种低频高峰值的振动特性对黄土地区的土层和建筑物有较大的影响。

3. 数值分析模拟为了进一步研究高架轨道系统对环境振动的影响，我们采用数值模拟方法进行了模拟和预测。

首先，构建了黄土地区的土壤模型和建筑物模型，然后基于有限元方法进行了场地和结构的振动响应分析。

4. 结果与讨论通过数值分析模拟，我们得出了高架轨道系统引发的环境振动响应数据。

结果表明，在黄土地区，高架轨道系统的振动主要集中在2～8Hz的低频段，并在特定位置产生高峰值。

这种振动特性对土壤和建筑物会产生不同程度的影响，容易引发土体液化和建筑物的结构破坏。

5. 结论黄土地区高速铁路高架轨道系统的环境振动对周围土壤和建筑物具有较大的影响。

本研究通过实地振动测试和数值模拟，揭示了高架轨道系统引发的环境振动的特性和影响程度。

在高架轨道系统的设计和建设中，应采取相应的措施来减少振动对周围环境的影响，保障人民生命财产的安全。

高速铁路桥梁设计中的振动特性分析在高速铁路桥梁设计中，振动特性是一个至关重要的被关注的问题。

因为高速铁路桥梁的设计和施工对于行车安全至关重要，任何振动特性问题都有可能对铁路的稳定性和安全性产生影响。

因此，本文将深入探讨高速铁路桥梁设计中的振动特性分析。

一、桥梁振动的类型在桥梁设计中，主要存在三种类型的振动：自由振动、强迫振动和共振振动。

自由振动是桥梁固有频率下的振动，通常情况下无法避免。

强迫振动是由于行车荷载、风力等外界环境作用下的振动。

共振振动是由于桥梁固有模态与外界激励的频率相等而发生的振动。

二、振动特性分析方法在进行桥梁振动特性分析前，首先需要确定桥梁材料的物理参数。

接着，可以使用有限元方法来进行振动分析。

其中，弹性反演法是比较常用的一个方法。

通过采用弹性反演法，可以对桥梁的动态响应做出准确的估计，从而确定其在实际行车中的可靠性。

三、振动控制策略对于高速铁路桥梁设计中的振动问题，调节桥梁的自然频率是其中的一个常见振动控制策略。

例如，可以在桥梁下方增加减振器、减震隔热器或者降低桥梁的刚度等方式来控制桥梁的振动特性。

另外，可以采用主动控制技术来控制桥梁的振动。

主动控制技术涵盖了多种控制策略，例如：被动管道隔振技术、自适应隔振技术、时变参数控制技术、主动质量调节技术等。

它们的实现方法常基于现代控制理论和计算机仿真技术。

四、振动分析实例作为振动控制技术实践探讨的一个例子，我们可以以长江大桥的实际案例来进行分析。

长江大桥是一座横跨中国长江的大型混凝土悬索桥，自1990年开通以来，其一直被视为振动控制技术的示范项目。

通过计算机模拟，振动试验以及现场实测，长江大桥的振动特性得到了充分的分析和探究，同时也得到了有效的控制。

综上所述，高速铁路桥梁设计中的振动特性分析问题在铁路交通工程中具有重要意义。

通过对桥梁材料物理参数、振动分析方法、振动控制策略以及实例的探讨，我们可以更好地理解振动控制技术。

同时，我们也可以看到，通过不断的技术研究和探索，对于桥梁振动控制技术的研究和发展将会迎来更加广泛的前景。

43第2卷　第7期产业科技创新　2020，2（7）：43~44Industrial Technology Innovation 高速铁路环境振动影响综述与实测分析白广明，王　敏，房海勃（杨凌职业技术学院，陕西　杨凌　712100）摘要：高速铁路运行中，会引发相应的环境振动问题，过大的振动不仅会给周边居民和建筑等造成影响，也会导致列车运行舒适性和安全性的下降，对此，技术人员应该做好高速铁路环境振动影响的研究，明确振动机理和振源特性，为高速铁路建设和改造提供可供参考的数据信息支持。

文章从高速铁路环境振动产生的机理和振源特性出发，就其环境振动影响进行了研究，并通过实测分析的方式，讨论和评价了高速铁路环境振动对于人体、仪器设备等的影响。

关键词：高速铁路；环境振动；影响；实测分析中图分类号：U215.1　文献标志码：A　文章编号：2096-6164（2020）07-0043-02相关统计数据显示，截止2019年底，我国高速铁路的运营总里程达到35 000 km位居世界第一，“复兴号”正式投入运行，最高时速达到350 km。

凭借着运行速度快、运载量大等优点，高速铁路在越来越多的地区得到普及，在为人们出行提供便利的同时，也引发了环境振动问题。

做好高速铁路环境振动影响的评价和分析，对于高速铁路事业的长远稳定发展意义重大。

1　高速铁路环境振动的产生机理和振源特性相关研究表明，高速铁路环境振动的主要诱发因素，是轮轨关系以及车身在运行中的动力作用。

列车高速行驶工况下，钢轨焊接接头、波浪形磨损以及车轮擦伤等因素引发的冲击振动，会对列车本身、轨道等产生强烈影响。

新的发展环境下，伴随着无砟轨道的普及以及机车性能的优化，原本存在的车轮偏心、轮轨缺陷等艺术对高铁环境振动的影响不断下降，而车速的提高加大了轮轨波磨和滚动接触疲劳破坏，也增加了轨道的不平顺性，技术人员在计算车体对于轨道的冲击作用时，往往会将其作为核心因素考虑，将轨道不平顺作为了车辆轨道耦合系统振动的主要激扰源。

高速铁路列车运行参数对道被振动特点分析随着高速铁路的发展和普及，对于列车运行过程中的道路设施和乘客的舒适性要求也日益提高。

因此，对高速铁路列车运行参数对道床振动特点的分析显得尤为重要。

本文将从列车速度、列车荷载、轨道几何形态等方面，对高速铁路列车运行参数对道床振动特点进行详细分析和探讨。

首先，列车速度是影响道床振动特点的主要参数之一。

高速列车的运行速度相对较快，常常超过300公里/小时，列车在轨道上行驶时产生的交变轴载将对道床产生较大的振动。

这种振动主要由列车的动力作用引起，其特点是频率较高、振幅较小。

因此，在高速列车设计和运行过程中，需要考虑列车速度对道床振动的影响，合理控制列车速度，以减小振动对道床的破坏程度。

其次，列车荷载也是影响道床振动特点的重要因素。

高速列车的荷载通常较大，包括列车自重以及乘客和货物的重量等，这些荷载在列车运行过程中作用于轨道上，将对道床产生较大的静载荷和动载荷。

静载荷是指列车自身的重力作用于轨道上的荷载，其对道床的振动特征主要表现为低频率、大振幅的特点。

而动载荷则是指列车在行驶过程中所带来的附加荷载，其对道床的振动特点主要表现为高频率、小振幅。

因此，在高速列车的设计和运行中，需要合理考虑列车荷载对道床的影响，采取相应的措施来保护道床免受较大损害。

此外，轨道几何形态也对道床振动特点产生影响。

高速铁路的轨道通常采用加厚的混凝土座垫板作为轨道的基础，其具有较高的刚度，可以分散列车荷载产生的振动能量。

此外，轨道几何形态的平整度、水平度和纵向坡度等因素，也对列车运行过程中产生的振动特点产生较大影响。

例如，较小的纵向坡度对减小列车振动具有积极作用，而较大的轨道曲率半径则容易产生较大的轨道横向力，从而引起较大的道床振动。

因此，在高速铁路建设过程中，需要合理设计轨道几何形态，以降低列车振动对道床的影响。

综上所述，高速铁路列车运行参数对道床振动特点产生重大的影响。

合理控制列车的运行速度、优化设计列车的荷载以及合理设计轨道几何形态等措施，将有利于缓解列车对道床的振动影响，提高列车的乘坐舒适性，延长道床的使用寿命，同时也有助于提高高速铁路的运行效率和安全性。

高速铁路土壤力学特性研究高速铁路是当前我国铁路建设的重点项目之一，其作为大型公共交通工具的重要组成部分，必须具备较高的可靠性和舒适性。

而高速铁路的稳定性和路面几何形状往往直接受到土壤力学特性的影响，因此开展相关土壤力学研究对于高速铁路的设计与施工具有重要意义。

一、高速铁路土壤力学特性概述高速铁路路面所处位置的土壤层为工程土壤，其特性与天然土壤不同，具有较大的压缩变形和剪切变形，同时还存在着大量的渐近体、破碎体、塑性土体等不同类型的土壤变形。

针对这些土壤特性，需要结合工程实际，开展系统的力学特性研究。

在土壤力学研究中，需要考虑的重要因素包括土壤质地、土层厚度、土壤水分含量、初始地应力状态等。

同时还需要分析荷载作用、温度、时效效应、自重等多个因素对土壤的影响，从而建立完整的土壤模型。

二、高速铁路土壤力学特性分析1.土壤性质分析土壤性质可通过实验获得，其中重要的土壤特性包括黏性、抗剪强度、压缩指数及回弹指数等。

在高速铁路工程中，黏性土常用于基础层等区域，而砂土用于填充层。

开展土壤实验测试，可以为土壤力学特性分析和后续工程设计提供参考。

2.地基承载力分析地基承载力是指土壤层经受荷载后的强度和稳定性。

承载力分析需要综合考虑多种因素，如自重、活载荷载、地震荷载等，同时还需要针对不同土层类型进行分析。

在高速铁路工程中，地基承载力是确保路面稳定和乘车舒适的重要因素。

3.路基位移分析路基位移分析是指受到荷载作用的路基的弹性变形和塑性变形。

路基位移分析可以为土壤力学特性的研究提供实验数据和理论指导。

三、高速铁路土壤力学特性应用案例在高速铁路工程中，土壤力学特性的研究和实验必不可少。

下面通过一个实际应用案例，介绍高速铁路土壤力学特性研究的应用价值。

某高速铁路工程在进行路基设计时，需要进行土壤力学特性研究。

通过实验测试和计算分析，得到了地基承载力和路基位移等关键指标。

在工程实施中，工程师们将研究结果作为设计依据，不断优化工程方案和施工方法。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第20期·31·文章编号：2095－6835（2020）20－0031－02高速列车运行引起的地面振动分析白广明，房海勃，王敏（杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100）摘要：随着铁路的提速和高速铁路的发展，高速列车在行车的过程中产生的地面振动越来越被重视。

由于行车速度大、轨下刚度大等特点，对地面振动会相比普速铁路更强烈，从而产生更大的振动危害。

对高速行车下的地面振动做了数值模拟分析，研究了高速行车条件下铁路两种路基形式的轨道动力响应和地面振动特性，并做出对比分析。

关键词：地面振动；高速行车；路基；数值模拟分析中图分类号：U211.3文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.20.0101引言高速铁路行车具有速度快、运输能力大、轨道稳定性好等特点，为人们出行带来巨大方便的同时，带来的噪声污染和地面振动问题也成为研究的重点，噪声和振动已经影响到了周围居民生活和建筑的安全，同时也会影响自然环境。

本文主要利用ANSYS 数值模拟软件建立了分析模型，分别分析了路堤和路堑地段两种路基类型在高速行车条件下的地面振动情况。

2数值模拟分析本文采用ANSYS/LS-DYNA 模拟软件建立轨道-路基-地基三维数值模型，分别研究路堤地段和路堑地段两种不同路基类型的地面振动问题，并利用MATLAB 编程仿真取得扣件力，然后在扣件上施加随时间变化的扣件力。

地基选取典型黄土地基参数，泊松比0.3，弹性模量取1.2×102MPa 。

轨道结构采用CRTS Ⅰ双块式无砟轨道类型。

2.1路堤段地面振动分析分别选取运行速度200km/h 和250km/h 两种工况，得到距离轨道13.5m 处的地面振动的加速度a 时程曲线，如图1所示。

图1峰值加速度a Max 随距离衰减曲线经研究发现行车速度越大，a Max 的值就越大，并且2种速度随着距中心线的距离越远也随之衰减，在13.5m 范围内急速衰减，13.5～31m 范围内衰减趋于平缓，31m 以后a Max 变化很小。

黄土地区高速铁路环境振动特性分析摘要：为了研究黄土地区高速铁路路堤对地面振动的影响，应用ANSYS (LS-DANY)软件建立高速铁路轨道-路基系统三维数值模拟动力学模型对不同高速铁路速度引起的地面振动进行了数值模拟分析。

本文分析了250km/h车速下黄土路堤的地面振动的传播与衰减规律。

结果表明距轨道中心线8.8m内，即路堤坡脚以内地面振动衰减迅速，路堤坡脚至30m衰减很缓慢，30m以后衰减极小几乎不衰减，并在在32m处出现了一定的振动“反弹”现象。

研究结果对黄土地区环境振动特性分析提供了一定的参考。

关键词：高速铁路地面振动路堤黄土0引言铁路振动不但影响沿线居民的正常生活与工作，还会对沿线建筑物的安全和精密仪器的正常使用造成影响。

朱志辉、余志武等人建立车－桥－墩－桩－土耦合系统的三维有限元模型，认为地面振动强度与列车速度并不是不是线性递增的，而是与上部结构的振动有关。

董国庆利用有限元数值软件对高速铁路高架桥段诱发的地面振动及地面隔振进行了研究。

黄土地区高速铁路引起环境振动的研究比较少，因此针对黄土地区，开展高速铁路引起的环境振动现场实测和理论研究具有非常重要意义。

1列车引起环境振动传播特性在研究高速铁路环境振动问题时，通常将将土体假设为各向同性的弹性介质体，把土体中传播的应力波简化作弹性波。

振动荷载的能量以应力波的形式在土体中向四周各个方向传播。

在土体中传播的振动波按照振动方向与传播方向的关系分为有三种剪切波（S波）、压缩波（P波）和表面波（R波）。

R波又叫做Rayleigh波，和压缩波统称为体波。

能量波在土体中的波速的计算公式：2 车辆-轨道垂向力模型2.1车辆模型计算参数CRH2高速列车采用八节编组形式，计算模型参数如表1所示。

表1计算模型参数2.2列车荷载的计算本文列车荷载施加方式定点激振模式，每个扣件点上施加随时间变化的扣件力，每个扣件所施加的扣件力都是通过matlab软件编程计算取得，这样所施加的扣件力更为精确。

地铁行车荷载作用下黄土地层的振动响应和沉降地铁行车荷载作用下黄土地层的振动响应和沉降近年来，城市的交通拥堵问题日益严重，地铁成为解决城市交通压力的重要选择。

然而，地铁运营中的振动响应和地层沉降问题一直是引起关注的重要议题。

特别是在黄土地区，黄土的特殊性质使地铁的运营对土壤的振动响应和沉降产生较大的影响。

黄土地层是在长期洪水沉积和干旱风化作用下形成的孤岛状沉积物。

由于其含水率较高且粘附性强，因此在地铁行车荷载作用下容易发生液化现象和土体流变特性。

这会导致地表和周边建筑物的沉降以及地铁车辆和设施的振动响应。

首先，我们来探讨黄土地层在地铁行车荷载作用下的振动响应行为。

地铁的行车荷载会产生地面振动波，波在土壤中传播时会引起土体粒间的相对位移，进而产生振动。

黄土地层在振动作用下会产生复杂的变形机制，其中既有弹性振动，又有液化振动。

弹性振动是指土体在荷载作用下产生的弹性变形，而液化振动则是指黄土地层因其含水率较高而发生剪切溃裂，从而变成液态状的振动现象。

这些振动现象对地铁车辆和设施的安全运营产生重大影响。

其次，我们来研究黄土地层的沉降问题。

地铁行车荷载会使得黄土地层发生沉降变形。

黄土具有较高的压缩性和可压缩性，因此在地铁行车荷载作用下很容易发生土体沉降。

这会导致地表沉降以及周边建筑物和地铁设施的沉降问题。

针对这些问题，科研工作者们提出了一系列解决方案。

对于振动响应问题，科学家们利用数值模拟和实验研究方法，提出了合理的地铁设计标准和施工方法，以减小地铁运营对土壤的振动响应。

例如，通过调整车辆速度和轨道几何形状，可以减小振动波对地面的传播，从而达到减小振动响应的效果。

对于沉降问题，科学家们提出了多种措施来减小黄土地层的沉降变形。

其中包括采用预制桩、浇筑地下连续墙和混凝土桩等工程手段，以增加地基的承载能力；利用地基加固和加装支撑结构等方法，以减小地基沉降。

总之，地铁行车荷载对黄土地层的振动响应和沉降产生着较大的影响。

高速列车正常行驶时振动特性分析高速列车是现代交通运输领域的重要组成部分，其运行速度和运行平稳性直接影响着人们的出行体验和安全。

随着技术的不断进步，高速列车的运行速度也不断提高，但在实际运行中，高速列车正常行驶时振动特性等问题也逐渐凸显。

本文将对高速列车正常行驶时振动特性进行分析，以期为高速列车的研发和安全提供参考。

一、高速列车振动特性的分类高速列车正常行驶时振动特性主要可以分为三种类型，分别是横向振动、垂向振动和纵向振动。

其中，横向振动是指高速列车在行驶过程中与曲线轨道的侧向相互作用产生的振动，垂向振动则是指高速列车在通过不平顺的轨道结构时产生的上下乘坐的振动，纵向振动则是指高速列车在启动、制动、变速等情况下产生的前后震荡的振动。

这三种振动都会对高速列车的稳定性和乘坐舒适度产生影响。

二、高速列车横向振动的原因与特点高速列车横向振动主要是由于轨道弯曲半径变化、侧风等外部因素以及车体和车轮之间的摩擦阻力等内部因素共同作用产生的。

在横向振动中，横向加速度和横向加速度变化率是评价列车乘坐舒适性的重要指标。

横向加速度越小、横向加速度变化率越平稳，则列车乘坐舒适性越高。

三、高速列车垂向振动的产生原因与特点高速列车垂向振动主要是由于轨道不平顺、不规则铺设等原因引起的，其中包括弯道上下坡、道岔连接处等轨道结构的异常。

在垂向振动中，垂向加速度和垂向加速度变化率是评价列车乘坐舒适性的重要指标。

垂向加速度越小、垂向加速度变化率越平稳，则列车乘坐舒适性越高。

四、高速列车纵向振动的产生原因与特点高速列车纵向振动主要是由于制动、加速、换挡等操作引起的，其中制动时刻的长短、制动力的大小、机车功率等都会影响纵向振动的幅度和频率。

纵向振动主要以纵向加速度为指标，加速度越小、振动越平稳，则列车乘坐舒适性越高。

五、高速列车正常行驶时振动特性的解决措施针对高速列车正常行驶时振动特性，可以采取一些解决措施。

例如，在轨道设计和建设中，尽可能减小轨道曲率半径、缩小轨道高低差、优化道岔连接等措施可以减小对垂向振动的影响。

高速铁路富水黄土隧道激振试验研究分析的开题报告
一、选题的背景和意义
近年来，高速铁路建设得到了广泛重视和推进。

作为高速铁路建设的重要组成部分，隧道是高速铁路线路中不可少的结构。

在隧道建设中，黄土隧道由于其地质特点，往往存在较大的激振问题，直接影响到隧道的安全性和稳定性。

因此，黄土隧道的激
振试验研究分析具有重要的意义。

二、选题的研究内容和方法
本文将围绕高速铁路富水黄土隧道的激振问题展开研究。

具体研究内容包括：富水黄土隧道的地质特点、黄土隧道的激振分析方法、富水黄土隧道的激振试验设计和
试验数据分析。

本文主要研究方法包括文献调研和概念分析、现场调查和实测数据采集、数值计算模拟和试验验证等方法。

三、选题的预期目标及研究意义
本文的预期目标是：通过对高速铁路富水黄土隧道的激振试验研究，掌握其激振特点和规律，并提出相应的安全预警措施，为高速铁路隧道的建设和运营提供技术支
持和指导。

本文的研究意义在于：深入研究高速铁路富水黄土隧道激振问题，提高对隧道安全的保障能力和技术水平，为我国高速铁路行业的发展和提升做出积极的贡献。