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地裂缝与斜交地铁隧道动力响应数值分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

为缓解地面交通压力,西安已建成多条地铁线路,地铁运行引起的振动对邻近建筑物的影响也为人们所关注。虽然国内外学者针对地铁列车振动在地层中的传播规律已经开展了大量的研究工作[1~8],取得了较多的成果,但是西安广泛分布的地裂缝使得地铁振动的传播具有特殊性。杨觅[9]建立了不同衬砌形式下的隧道—地裂缝—地层相互作用模型,分析了地裂缝邻近土体振动的基本特征,以及正交隧道断面尺寸和形状对振动响应的影响。刘蕾[10]通过物理模型试验的方法研究了地铁列车荷载作用下地裂缝与斜交地铁隧道的动力相互作用特性。袁立群[11]研究了地裂缝与正交马蹄形地铁隧道的动力响应规律。

总体来讲,目前地铁列车荷载对地裂缝环境下地铁隧道动力作用的研究成果较少。已建或规划的西安地铁线路中,地铁多处以斜交的形式穿越地裂缝。拟通过数值模拟方法,对地铁列车荷载作用下地裂缝与斜交马蹄形地铁隧道呈60°斜交时地裂缝附近的土层振动响应进行研究。

1 计算模型

1.1 模型尺寸

隧道模型断面形状采用马蹄形,与实际地铁隧道一致,断面如图1所示。模型长度取为240 m,包含2个车身长度。模型宽度应满足不小于8倍隧道直径[12],同时,也应考虑土体剪切波长的影响。根据西安地铁二号线土体的剪切波速测试结果[13],地铁埋深范围内土体的最大剪切波速约为v=360 m/s。地铁诱发的振动频率范围为1~80 Hz,本次模拟取振动频率为10 Hz,则土中剪切波的最大波长约为λ=v/f=360/10=36 m。模型边界距隧道中心线的距离至少为一个波长,即36 m。综合考虑有限元模型规模和计算精度,取模型宽度为173 m,深度50 m。隧道顶部埋深取15 m。计算模型中设置地裂缝,倾角为80°,地铁隧道与地裂缝夹角为60°。计算模型如图1所示。

1.2 模型材料参数与本构关系

(1)土层及隧道衬砌结构材料参数

模拟中土层的计算参数采用西安地裂缝f6地段的参数,根据勘察结果[13],计算参数见表1。模型中按实际情况对土体进行了分层。地铁隧道衬砌的计算参数为:弹性模量30×103 MPa,密度2500 kg/m3,泊松比0.17。

(2)动弹性模量与动泊松比

模型中弹性模量和泊松比采用动弹性模量和动泊松比,利用实测的地层剪切波速结果反算土体的动力参数[14],计算得出各土层的动弹模和动泊松比。土层动弹模:杂填土117 MPa,黄土

图1 试验模型图(单位:cm) Fig.1 Schematic diagram of test model(unit:cm)

1 西安地铁二号线典型地段地层参数

Table 1 Formation parameters of typical ground fissures in Xi’an metro line 2

土层重度/(kN/m3)弹性模量/MPa泊松比μ粘聚力/kPa内摩擦角埋深/m杂填土(Qml4)17.31.20.351611°1.7黄土(Qal4)18.63.50.352419°4.6黄土(Qeol3)19.24.00.303021°13古土壤(Qel3)19.64.50.323523°16.4黄土(Qeol2)19.68.00.334026°20粉质粘土(Qal2)19.610.00.304026°50

[4] 莫海鸿, 邓飞皇, 王军辉. 营运期地铁盾构隧道动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2006, 25(S2): 3507~3512.

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(3)本构关系

根据目前的相关研究成果,地铁运行造成的隧道—土层的振动属于小能量振动,土体基本处于弹性变形范围内。模拟中土体的本构模型采用线弹性模型,隧道衬砌选择弹性本构关系。

1.3 单元尺寸与类型

动力分析划分网格时的单元尺寸应该考虑介质中的波长[15]。模拟模型沿轨道方向和水平向单元尺寸为1.25 m,竖向约1.4 m,其他区域单元网格的最大边长为2.5 m。单元类型为C3D8R单元,即8节点六面体线性缩减积分单元。

1.4 边界条件

根据无线延伸方向不同,设置6种模式无限单元(见图2),分别模拟x向无限延伸、y向无限延伸、z向无限延伸的情况。模型顶部采用自由边界。

图2 无限单元示意图 Fig.2 Schematic diagram of infinite element

1.5 材料阻尼

由于土体阻尼的影响,实际地层振动的总能量是有衰减的。结构动力分析时采用瑞利(Rayleigh)阻尼。阻尼矩阵表达式为:

[C]=α[M]+β[K]

(1)

式中:[C]为阻尼矩阵;[M]为质量矩阵;[K]为刚度矩阵;αβ分别为与质量和刚度相关的阻尼系数。

“云南少数民族传统体育发展成就展”将在临沧开展 云南省第十一届少数民族传统体育运动会将于12月4日至13日在临沧举行,期间,云南民族博物馆将推出特展——“云南少数民族传统体育发展成就展”,该展览主要展示云南少数民族传统体育的发展脉络和云南在少数民族传统体育事业方面的工作成就,使观众深切感受到少数民族传统体育项目的魅力。

在数值计算中通常用体系的前两阶自振频率和阻尼比来计算阻尼系数αβ,计算公式如下:

(2)

式中:ωiωj分别为第i阶和第j阶振型的圆频率;ξ1ξ2分别为第i阶和第j阶振型的阻尼比。

地铁振动在土体中沿垂直隧道纵向的传播规律由图4中测线一和测线二的振动加速度幅值进行分析。其中,测线一距离模型端部120 m,垂直隧道纵向,该测线跨越地裂缝;测线二距下盘端部30 m,垂直隧道纵向,未跨越地裂缝。

对于土体的阻尼比,通过查阅文献[17]获知,西北地区黄土的阻尼比范围是0.02~0.25。由于地铁振动属于小能量的振动,阻尼比也相对较小,本文取ξ1=ξ2=0.05。根据式(2)计算得到:α=0.0942,β=0.0219。地铁隧道衬砌的阻尼比也取为0.05,则阻尼系数取值与土体相同。

她仍处于深度的昏迷中,除了米汤,什么都吃不了。他坐在她的床边,半勺半勺地喂到她的嘴里。每次只有少半勺,让米汤洇着食管向下流。

1.6 加载设计

LIU Weifeng, LIU Weining, DEGRANDE G. Experimental validation of a numerical model for prediction of metro train-induced ground-surface vibration[J]. Journal of Vibration Engineering, 2010, 23(4): 373~379. (in Chinese with English abstract)

近几年来,互联网已经融入到生活的方方面面,基于消费和投融资行为产生了海量的互联网数据,为互联网企业开拓金融业务提供了数据支撑,针对第三方支付和投融资平台等互联网金融产品进行服务升级。同时由于互联网金融相比传统金融行业而言,具有便捷化和虚拟化等特点,打破了时间和地域的限制,但也使得人们忽视了互联网金融的风险,针对互联网金融的监管存有一定的空白。

图3 车辆荷载计算模型 Fig.3 Computational model of metro load

浮置板每块长24.98 m,伸缩缝20 mm,隔振器横向间距2 m,纵向间距1.25 m。对每块浮置板而言,隔振器间距1.25 m,隔振器距板端0.615 m,所有板的隔振器排列相同,共输出192个隔振器位置处的仰拱所受动荷载。

在有限元计算中建立了与之相匹配的模型,即模型沿轨道方向为240 m,沿该方向的单元尺寸为1.25 m。在对应位置的节点上施加集中载荷,选用指定载荷幅值。

随着工学结合的教学模式,以项目为载体、以任务为驱动的过程教学模式在高职课程教学中逐步落实,现代高职教育对学生的课程学习效果评价方法已与传统的评价方法不相适应,迫切需要借助现代信息技术构建“互联网+课程评价”的管理系统。本文对传统评价方法的弊端进行了详细分析,设计了现代高职课程教学评价方案,制定了符合终身职业发展的科学、易于实施的评价指标体系,提出了“互联网+课程学习评价”的管理系统确保评价高效,减轻教师工作负担,提高学生学习积极性。以能力本位的“互联网+课程学习评价”模式可以在教育相关行业推广运用。

2 试验结果与分析

利用加速度的运算结果研究分析地铁诱发振动在地层中的传播规律,在模型中布设了多条测线和测点来分析土体振动响应,具体位置如图4所示。

图4 各测量点及测量线布置示意图 Fig.4 Layout of each measuring point and line

2.1 列车行驶过程对土层振动的影响

列车行驶过程中土体的振动情况由测量点1—4的结果进行分析,其中测点1、测点2埋深为10 m,测点3、测点4位于隧道底部8.1 m。

测量点1—4竖向加速度时程曲线如图5所示。

图5 各测点竖向加速度时程曲线 Fig.5 Time-history curves of vertical acceleretion of monitoring points

从图中可以看出,在列车经过测点位置时,各测点的振动较强烈,时间约为5.4 s。列车由上盘开往下盘的过程中,由于测点2、4位于上盘端部附近,开始时这两处测点加速度较大,列车驶离测点所在位置后加速度急剧减小;测点1、3位于下盘端部附近,开始时距离列车较远,这两处测点的加速度较小,随着列车的运行,加速度逐渐增大,尤其是列车跨越地裂缝进入下盘后,加速度大幅增长,说明地裂缝对振动的传播有一定的阻隔作用。从垂向上看,隧道下部土体的振动明显强于隧道上部土体。

2.2 振动沿水平方向的传播规律

采用文献[16]中的方法确定材料阻尼,利用ABAQUS/Standard选择Lanczos方法计算得到自振频率f1=0.2093 Hz,f2=0.5201 Hz,计算αβ

随后,大会进行了中国焊接信息网成立20周年的颁奖仪式。经过中国焊接协会组成的专家组对参评企业和个人提交的材料进行评审,共有15家企业荣获最具风采企业奖,15位参评选手荣获中国焊接信息网信息工作先进个人奖。

测线一和测线二的加速度幅值分布曲线如图6所示。

图6 测线一、二竖向加速度幅值分布曲线 Fig.6 Amplitude curves of vertical acceleration of monitoring line 1 and 2

从图6可以看出,两条测线的竖向加速度幅值均呈中间大、两侧小的分布规律。其中,测线一的竖向加速度振幅最大值位于两地铁隧道中线正上方,测线二的竖向加速度振幅最大值位于运行隧道正上方。测线一位于地裂缝地带,与地裂缝相交的位置位于两隧道中间,即图6中x=0处,地铁振动在该部位最强烈,而测线二远离地裂缝,最大振动量发生在运行隧道正上方。由于地裂缝的隔振作用,测线一的加速度幅值明显低于测线二。

随着距隧道距离的增加,两条测线的振动加速度均迅速减小。隧道外侧20 m的范围内,加速度幅值衰减速度较快,隧道外侧20 m以外的区域曲线较平缓,加速度幅值衰减缓慢。

从垂直隧道的方向来看,测线二的加速度幅值分布呈左右对称的规律,而测线一的加速度幅值分布左右不对称,模型中线右侧的加速度幅值随距离的增加急剧减小,左侧的加速度幅值减小速度相对较缓。其原因在于,隧道与地裂缝呈斜交的形式,隧道左侧不存在地裂缝,隧道右侧存在地裂缝,由于地裂缝的存在造成了右侧加速度的急剧衰减,说明地裂缝对振动沿水平方向的传播有较强的衰减作用。

2.3 沿竖直方向土体中振动的传播规律

地铁运行产生的振动在地层竖向的传播规律由图4中测线三的结果进行分析。图7为列车平稳运行后不同深度竖向加速度的幅值分布曲线。

图7 测线三竖向加速度幅值随深度变化曲线 Fig.7 The amplitude curves of vertical acceleration of monitoring line 3

从图中可以看出,隧道附近的振动最为强烈,隧道底部土层的加速度幅值大于隧道顶部土体的加速度幅值(约为1.5倍)。隧道上部土体中,随着埋深的减小,加速度幅值逐渐减小,尤其隧道顶部至埋深2.5 m的范围内,加速度衰减幅度较大,地表至埋深2.5 m处减幅变小,地表的竖向加速度幅值约为8×10-4 m/s2。隧道下部土体中,随着埋深的增大,加速度幅值逐渐减小,其中距隧道底部15 m范围内加速度衰减幅度较大,减幅约为9.26×10-4 (m/s2)/m;15 m以下,减幅明显变缓,约为5×10-5 (m/s2)/m,至隧道下约23 m时加速度减为零。

二语学习负动机现象是非英语专业大学生群体中较为普遍且难以解决的问题。本研究采用问卷调查的方式对非英语专业大学生的负动机现象进行实证研究,发现导致动机减弱的影响因素主要与学习者、学习环境和社会因素相关,在此基础上还提出了有效的动机自我调控策略,无论是对二语教师的生态化教学还是对二语学习者的有效二语学习都将起到积极的促进作用。

3 结论

采用数值模拟的方法研究西安地铁运行引起的地层振动问题,针对地裂缝与地铁隧道斜交60°的情况,重点分析了振动加速度的变化与分布规律,得出的主要结论如下:

汇总本文数据,所有数据均经过SPSS20.0版进行处理,两组高血压伴心力衰竭患者的血压水平与生存质量评分均以均数差表示,用t检验。若P<0.05则代表两组数据比对差异具统计学意义。

[2] 张玉娥, 白宝鸿. 地铁列车振动对隧道结构激振荷载的模拟[J]. 振动与冲击, 2000, 19(3): 68~70, 76.

(2)振动响应较强烈的区域,沿隧道纵向约为120 m,沿竖直方向为隧道下方15 m,与隧道纵向垂直的水平方向上为隧道左右20 m范围;

(3)地裂缝对地铁振动在地层中的传播有一定的阻隔作用,振动在与隧道纵向垂直的水平方向传播时,有地裂缝的一侧振动衰减较快;

(4)地裂缝附近隧道下方土层的振动要比上部土层强烈,振动由隧道往下部地层传播过程中,振动在隧道下方15 m范围内迅速衰减,振动由隧道往上部地层传播过程中,振动强度逐步衰减,传至地表的振动加速度基本衰减为零。

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(1)隧道附近的土体振动较强烈,距离隧道越远,土体的加速度幅值越小;

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地铁振动响应有限元模拟首先应明确列车荷载,再将列车荷载施加于隧道底部。本文地铁荷载采用的是车辆—轨道—浮置板竖向耦合系统作用在隧道仰拱面上的集中力时程,二系弹簧阻尼系统模型见图3。

作为县级城市,扬中市智慧城市建设不能盲目跟风,必须从自身实际特点出发,以实际发展需求为导向,进行智慧城市某一领域的重点建设,打造出“智慧扬中”的特色。作为全国闻名的“工程电气岛”和“新能源产业岛”,扬中电力电气产业基地是江苏省首批特色产业基地。近年来扬中正努力实现由电力电气产业基地向智能电气产业基地的跨越,智慧电气小镇建设也取得了重大进展,接下来扬中应着力打造高水平的智慧电气特色小镇,以智慧产业推进扬中智慧城市建设进程。

黄土古土壤304 MPa,黄土粉质粘土322 MPa。动泊松比:杂填土0.273,黄土黄土古土壤0.251,黄 土粉质粘土0.211。

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使用裁切比例设置为2∶3的裁切工具将画面下半部分的多余元素移除后,接着在基本面版上将照片处理方式设置为黑白。然后,在下方滑块区域将高光设置为-100,阴影设置为+100,以此作为曝光平衡的基础。初步调整之后的画面显得有些灰,所以我将黑色降到了-85,白色推到+50,以此增强画面整体反差。为了让画面前景的细节显得更加丰富,我将清晰度提高到了+40。至此,画面前景的影调已经非常漂亮,但远景部分还有些朦胧,天空也略显得过曝。

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4.2 施足底肥:每亩施入农家肥10吨,油渣300千克。化肥的施入量每亩为:尿素10千克,磷酸二铵10千克,过磷酸钙50~100千克,硫酸钾7千克,施入后深翻耙平。

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热核聚娈的原理也是一样的,只是要求的反应温度更高(克服核间的斥力),需几十Kev,密度要求更高(1014/m3粒子),(因反应切面只有一到几巴),又要高温、又要高密度,在工程技术上很困难,采用了许多加热的方法,其中主要是用磁压缩来满足以上条件。由于逃逸、辐射很难实现“自恃反应”。

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刘蕾,刘雪玲,周金喜
《地质力学学报》 2018年第02期
《地质力学学报》2018年第02期文献

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