摘要
随着我国基础建设的快速发展，目前许多大、中型城市规划的地铁线路已经构成网线，成为各大、中型城市轨道交通的主要组成部分。地铁行驶时的振动及其传播将使许多已有建筑与在建工程承受动载荷的影响。尤其对于在建项目，研究地下列车振动荷载对其影响规律，针对薄弱区域采取适当加固措施是工程领域关注的重点问题之一。本研究着眼于实际工程案例，研究列车振动荷载作用下基坑支护结构的动力响应规律，主要内容： 首先，针对深圳市罗湖区某中学新建校区项目进行数据采集与建模。该项目北侧距9号线（在运营）最近约14m，西侧距离6号线盾构（未运营）区间最近距离约74.0m。支护结构北侧长期受到地铁振动作用影响，以该工程为研究背景。根据实地勘察出的水文地质条件，得到在建工程区域土层各项参数以及基坑支护结构的外形尺寸和开挖深度。 其次，针对有限域波动响应问题，提出功能梯度粘弹性人工边界层的设置方法。基于COMSOL软件进行波动问题数值模拟，进行二维结构与三维结构波动问题的数值模拟验证。结果表明，在时域分析中该人工边界层较其他传统方法更能有效降低人工边界对实际波动的影响。同时对比二维结构与三维结构，得到二维结构功能梯度粘弹性人工边界的吸收效果优于三维结构，因此针对三维结构，进一步提出了基于功能梯度粘弹性人工边界层与低反射边界组成的复合边界。数值算例表明，该人工边界可以有效达到低反射、无畸变、迅速衰减的要求，被用于本文的后续研究中。 再者，本文在前人对于列车振动模型研究基础上，使用MATLAB进行编程，将加速度转化为荷载，作为列车振动荷载作用力。并通过处理后的输入加速度数据的最大频率，来确定网格尺寸大小和时间步长。 最后，采用COMSOL软件，对不同开挖深度下支护结构受到的列车振动荷载作用情况建模，通过数值模拟分析受列车振动荷载作用下不同开挖深度时支护结构的动力响应。模拟结果表明：随着开挖深度的增大，受到列车振动荷载作用支护结构位移和应力峰值越大。分析了支护结构桩内拉压力分布情况、及支护结构Mises等效应力分布。其中桩顶、桩底和冠梁位置受力更大；后排桩受到列车振动荷载作用时应力状态比较平稳；支护结构的前排桩桩顶、桩底和冠梁是受到振动作用时的薄弱位置；对比了远隧道侧支护结构的动力响应和近隧道侧动力响应情况，由于动载在土的传播过程中会衰减，当振动传播到远隧道侧时，峰值已经衰减到了输入加速度的3%～8%，远隧道侧的动力响应已经非常弱了。 本文着眼于深圳市某校区的具体工程问题分析了动载下该工程基坑支护结构的响应，提出的复合人工边界方法在波动问题的时域分析中具有一定的普适性。采用的方法与所得结论对相关工程应用具有理论价值。
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