地铁列车运行引起的隧道及自由场动力响应数值预测模型研究

地铁列车运行引起的振动通过隧道衬砌传入地层并波及到邻近建筑物中，除影响沿线居民的正常生活外，还引起邻近建筑物的损伤，干扰精密仪器的正常使用。因此如何准确地预测地铁列车在地层中和建筑物中的动力响应，尤其是频域响应的准确性，是一个长期未得到有效解决，且非常重要的课题。本项目提出利用隧道－自由场动态相互作用系统在隧道轴线方向上的一致性或周期性，研究频率－波数域内三维周期性有限元－边界元耦合预测方法，结合试验室试验及现场实测，以解决预测的准确性和有效性问题。此模型利用有限元法模拟隧道结构，边界元法模拟地层。它不同于传统的动力学模型，而是采用Floquet变换把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个"基本元"内，只需计算这个"基本元"的响应，然后由逆变换即可得到整个隧道及自由场上的响应，避免了无限长结构的计算量问题，也避免了传统有限元模型的附加频散和边界截断所产生的计算误差，提高计算效率和准确性。