土体不确定性影响下高速列车引起的大地振动研究

随着高速铁路的快速发展，建立合适的理论分析模型对高速列车引起的大地振动进行预测评估成为学者关注的热点问题。当前学者已建立的确定性理论分析模型，不能分析土体不确定性的影响，导致理论预测结果与实测结果常有较大偏差。为此引用概率分析理论，考虑土体不确定性影响下高速列车引起的大地振动势在必行。课题拟采用SASW法实测，室内实验并结合理论分析，建立土体动剪切模量与阻尼比的随机场模型；利用蒙特卡罗法与解析的波数-频率法建立高速列车引起大地振动的参数概率分析模型；运用随机矩阵理论，建立高速列车引起大地振动的非参数概率分析模型；综合两种理论分析和实测结果，研究土体参数不确定性和模型不确定性影响下大地振动响应的统计特性，从概率角度揭示大地中振动波的传播机理，预计项目研究成果将进一步提高高速列车引起大地振动的理论预测精度，为高速铁路环境振动的预测、评估和各种隔振减振措施的合理选择提供理论基础和技术指导。

既有的高速列车引起的大地振动确定性分析模型无法分析土体不确定性的影响，导致了理论预测结果与实测结果常有较大偏差。本项目引入概率分析理论分析土体不确定性影响下高速列车引起的大地振动。项目利用SASW法和层状弹性体理论，建立了动剪切模量和阻尼比的随机场模型；完善了轨道随机不平顺影响下的车辆-轨道-路基-分层地基系统确定性解析模型，根据动剪切模量和阻尼比的随机场模型，利用蒙特卡罗法和确定性解析模型，建立了高速列车引起大地振动的参数概率分析模型；建立了列车荷载作用下路基-大地系统的确定性三维有限元模型和确定性2.5维有限元-边界元模型，构造了路基-大地系统的随机矩阵，此基础上建立了路基-大地系统的非参数概率分析模型。选取沪宁铁路、京沪高铁线路旁典型场地，实测了高速列车通过时的大地振动响应，对理论模型进行了验证，并初步分析了大地振动的统计特性。该项目成果进一步提高了高速列车引起大地振动的理论预测精度，为高速铁路环境振动预测、评估、减振措施的选择提供了必要的技术基础，具有重要的工程实际意义。