列车动荷载作用下土的动力特性分析[1]

天津城市建设学院学报第16 卷第1 期2010 年3 月

Journal of Tianjin Institute of Urban Construction Vol.16 No.1 Mar. 2010 收稿日期：2009-12-10；修订日期：2009-01-07

作者简介：李乂（ —），男，天津人，中国纺织工业设计院工程师

土木工程

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列车动荷载作用下土的动力特性分析

李乂1，袁富强2

(1. 中国纺织工业设计院，北京100037；2. 中国地质大学，北京100083)

摘要：研究了列车动荷载对地基的振动效应，给出了Winkler 地基－Timoshenko 梁模型下梁的最

大位移和地基表面反力．研究了列车动荷载作用下地基内应力状态和空间分布，分析了土单元体

的应力路径及地基土在动荷载作用下的软化和液化效应，结果表明：在列车运行过程中，动荷载引

起的动应力随时间发生变化，并与土单元体初始应力相叠加；列车的速度对水平剪应力zx τ 与偏差

应力(σdz ..σdx) / 2 之间关系的影响较大．

关键词：动荷载；动力特性；应力路径；孔隙水压力

中图分类号：U211.4 文献标识码：A 文章编号：1006-6853( 2010) 01-0025-04 在大多数建筑工程中，地基土体的承载力验算、

变形验算及稳定验算均采用静荷载或等效静荷载作

为附件荷载来进行计算及分析．实际工程中动荷载

的简化，一方面使工程计算简单，但另一方面却使得

工程安全性受到质疑．随着经济的快速发展，越来越

多的土木工程朝着大、高、深的方向发展，工程结构及

受荷状态更加复杂化．动荷载对被作用体系的动力

效应也更加明显，不能忽略．笔者对列车动荷载作用

下的土的动力特性进行分析．

1 列车荷载对地基振动效应的影响

列车运行会引起轨道和地基的振动，当列车速度

达到轨道地基系统的临界速度时，振动能量无法及时

消散，且与轨道和地基原有振动叠加从而形成振幅叠

加产生更大的振动．在振动荷载作用下，地基土中的

空隙水压力将增大，塑性变形不断累积，引起地基的

附加沉降会进一步产生，并不断累积．例如，上海一

号线的沉降监测资料表明，在地铁建成后未通车的两

年内，其主固结沉降和次固结沉降基本完成，但通车

后8 个月内沉降达到了3～6,cm，4 年内甚至达到了

14,cm．这说明了在列车动荷载作用下，地基的附加

沉降是相当可观的[1]．

当列车静止时，会在地基中产生静应力场；当列

车运动时，应力场也会一起运动，并在地基中产生应

力波，这是引起地基振动的最主要原因．这种动力响