地铁地下结构与土的相互作用的有限元分析

第1章绪论 (1)

1.1选题的背景及意义 (1)

1.1.1研究背景 (1)

1.1.2研究意义 (3)

1.2国内外研究现状和发展趋势 (4)

1.2.1列车振动荷载和传播规律的研究与发展 (4)

1.2.2列车运行振动响应分析 (7)

第2章隧道-土体结构动力响应理论基础 (8)

2.1引言 (8)

2.2动力分析基础理论 (8)

2.2.1动力本构关系 (8)

2.2.2几何方程式 (9)

2.3单元运动方程 (9)

2.3.1单元数学分析 (9)

2.3.2基本方程组 (10)

2.4系统动力响应 (13)

2.4.1时域分析方法 (13)

2.4.2频域分析方法 (14)

2.4.3振型叠加法 (14)

2.5小结 (15)

第3章基于ABAQUS的地铁隧道盾构过程沉降分析 (16)

3.1引言 (16)

3.2某地铁线路工程概况及分析参数 (16)

3.2.1工程概况 (16)

3.2.2材料参数 (17)

3.3ABAQUS简介及应用 (18)

3.3.1ABAQUS简介 (18)

3.3.2显式和隐式分析过程 (18)

3.3.3单元选取 (19)

3.3.4本构关系 (21)

3.3.5生死单元的功能 (24)

3.4地铁隧道ABAQUS模型的建立 (24)

3.4.1几何信息及边界条件 (24)

3.4.2参数设置 (25)

3.4.3模型建立 (25)

3.5盾构过程沉降分析结果 (27)

3.5.1土体变形结果 (27)

3.5.2土体应力结果 (31)

3.5.3衬砌应力结果 (32)

3.6小结 (36)

第4章地铁行车荷载下隧道-土体结构动力响应分析 (37)

4.1引言 (37)

4.2地铁列车激励 (37)

4.2.1轮轨相互作用 (37)

4.2.2加载位置 (38)

4.3地表土体动力响应分析 (39)

4.3.1加速度响应分析 (39)

4.3.2速度响应分析 (41)

4.3.3位移响应分析 (42)

4.4地铁列车振动对衬砌影响研究 (45)

4.4.1衬砌结构受力研究 (45)

4.4.2衬砌结构变形研究 (47)

4.5小结 (48)

第5章结论与展望 (50)

5.1结论 (50)

5.2本文的不足之处 (51)

参考文献 (52)

致谢 (55)

第1章绪论

1.1选题的背景及意义

1.1.1研究背景

随着中国城镇化建设的不断深入，大量人口往城市迁徙，众多大中城市人口都在持续增加，有的城市人口数量甚至超过数千万，同时城市范围也在不断扩大，过高的城市人口密度和过大的城市范围在标志着城市化进程持续推进的同时也引发了众多大城市病，如建筑面积不断增大、绿化面积不断减少、交通拥堵、环境污染、公共基础设施建设滞后等，而交通拥堵便是其中一个非常显著的问题。为了治理这些大城市病，人们开始关注和发展地下空间，推进轨道交通建设，促进地表地下交通线路有效衔接和便捷换乘，形成流畅快速的地表地下交通网络，有效缓解交通拥堵，构建高效活力的城市交通。与此同时，地下铁路等凭借占地面积小、客运量大等优点而作为主要交通工具的地位日趋明显，地铁的建设越来越受到到人们的重视。

城市地铁修建最早的是伦敦，于1963年1月10日，世界上第一条铁路在英国伦敦诞生并通车。在那之后，各国开始逐步发展地铁建设。地铁一般都是位于地下空间，不会占用现在有限的地上空间，也不会在建造和运营中对城市景观等造成破坏的特点，能够比汽车更快速和大量地输送乘客，使客流得到了分流，为城市的地面交通减少了一大部分压力。地铁与其他交通工具相比不仅让地上空间有了更好利用的选择，而且具有无污染、快速、便利、舒适等优点，因此，它倍受大家的喜欢，国家和地区把它当作未来几年的重点发展对象。目前，国内外许多大城市都修建了四通八达、各具特色的地下交通网络。目前上海的地铁运行线路是世界最长，线路有14条之多，全长有567公里。北京地铁总长有527公里，略少于上海地铁线路长度，位居世界第二。伦敦是世界上最早修建地铁的城市，目前伦敦地铁总长402公里，居世界第三。其中法国的一些城市的地铁独具魅力，法国巴黎地铁从大厅到下面的车站有6层之多。法国里尔地铁是全自动化的轻型地铁，采用无人驾驶技术正常情况下全由电脑对其进行控制，在应急的情况下也可以进行人工干预。地铁现代化的重要标志是列车间隔短时化，高峰时，里尔地铁列车间隔时间只需72秒钟（世界上地铁时间较长的间隔有10分钟、15分钟，一般在2~3分钟）。瑞典斯德哥尔摩地有99个地铁车站，享有"世界最长的地下艺术长廊"之称，而且基本每个车站都有自己不同的风格，用各具特色的艺术品点缀，它展现了不同的主题给斯德哥尔摩地铁带来了生机勃勃的活力，让人们对这