吳龍梁，于琦，江輝煌, ，向衛(wèi)國，高明顯，閆曉夏

高鐵路基在振動(dòng)荷載下的空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性試驗(yàn)研究

吳龍梁1，于琦2，江輝煌1, 3，向衛(wèi)國1，高明顯3，閆曉夏3

(1. 中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081；2. 深圳市建筑工務(wù)署，廣東 深圳 518031；3. 中國鐵道科學(xué)研究院 深圳研究設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518000)

為從空間的角度探討振動(dòng)荷載下路基的動(dòng)力響應(yīng)特性，開展基于振動(dòng)速度和加速度的現(xiàn)場激振響應(yīng)試驗(yàn)，得到路基內(nèi)部水平和豎向動(dòng)力響應(yīng)分量沿不同方向的衰減規(guī)律。研究結(jié)果表明：響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度沿深度方向和水平方向均呈指數(shù)衰減，沿深度方向的衰減相比水平方向更為顯著，深度方向衰減系數(shù)為水平方向衰減系數(shù)的2.5~3倍，并且距離激振點(diǎn)越遠(yuǎn)衰減越緩慢；響應(yīng)速度和加速度的豎向分量幅值約為水平分量幅值的2倍，水平分量沿水平方向的衰減速度約為豎向分量的1.5~1.9倍，水平分量沿深度方向的衰減速度約為豎向分量的0.9~1.0倍；進(jìn)行濾波處理后的響應(yīng)加速度與響應(yīng)速度的變化規(guī)律相近。加速度對外界激勵(lì)的響應(yīng)相比速度更為敏感，能夠較好反映出衰減規(guī)律的細(xì)微變化。

高鐵路基；動(dòng)力響應(yīng)；加速度；速度；土動(dòng)力互易性

高鐵路基的性能關(guān)系到路線的平順性與運(yùn)行安全，高鐵路基的動(dòng)力響應(yīng)特性是反映和評判其性能的關(guān)鍵依據(jù)[1]。研究振動(dòng)荷載下高鐵路基的動(dòng)力響應(yīng)特性受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。試驗(yàn)研究具有較強(qiáng)的針對性和可靠性，能夠直觀、真實(shí)地反映實(shí)際情況，是研究路基動(dòng)力響應(yīng)問題的重要手段。Ishikawai等[2]開展了軌道路基模型試驗(yàn)，研究了模擬移動(dòng)荷載作用下路基內(nèi)部的動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律和累積沉降規(guī)律。Shaer等[3]通過特定的加載器模擬列車荷載的移動(dòng)效應(yīng)，研究了不同加載振次下路基的累計(jì)沉降變化規(guī)律。Indraratna等[4]采用自制的加載設(shè)備開展了鐵路路基動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)，研究了路基的應(yīng)力/應(yīng)變傳遞和衰減規(guī)律。牛婷婷等[5]基于大比例尺模型試驗(yàn)，研究了列車荷載作用下路基響應(yīng)速度幅值沿深度方向的衰減規(guī)律和橫向振動(dòng)傳播規(guī)律。陳善雄等[6]開展了現(xiàn)場激振試驗(yàn)，探討了高鐵路基動(dòng)應(yīng)力和加速度沿深度方向的變化規(guī)律。目前，路基的累計(jì)變形沉降[2?3, 7?9]、動(dòng)位移[9?10]、動(dòng)應(yīng)力[2, 4, 6, 10?11]、振動(dòng)速度[5]和振動(dòng)加速度[6, 12?13]的變化規(guī)律是高鐵路基動(dòng)力響應(yīng)主要研究內(nèi)容。其中，基于振動(dòng)加速度的研究相對較多，基于振動(dòng)速度的研究較少。路基在車輛振動(dòng)荷載下的振動(dòng)速度多為mm/s量級，而振動(dòng)加速度可以達(dá)到m/s2的量級，振動(dòng)加速度因更具可測性而在試驗(yàn)研究中得到了廣泛采用。而另一方面，加速度傳感器對激勵(lì)十分敏感，容易受到外部噪音干擾而產(chǎn)生誤差。速度傳感器則受頻率變化的影響較小，具有良好的穩(wěn)定性。因此，兩者的適用性存在一些不確定性，有必要針對路基動(dòng)力響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度進(jìn)行對比研究。另外，目前關(guān)于路基動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的研究多為沿單一方向的規(guī)律研究，尤其是響應(yīng)物理量的豎向分量沿深度方向的變化規(guī)律，而以空間的角度探討高鐵路基內(nèi)部的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的報(bào)道較為少見。實(shí)際上，路基的動(dòng)力響應(yīng)是一個(gè)空間問題，振動(dòng)沿水平方向的作用不容忽視。動(dòng)力響應(yīng)物理量沿水平方向的變化規(guī)律以及其水平分量的變化規(guī)律尚需進(jìn)一步研究與探討。為此，本文通過開展振動(dòng)荷載下高鐵路基動(dòng)力響應(yīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，研究路基內(nèi)部豎向/水平響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度沿不同方向的變化規(guī)律，以期從空間的角度描述路基的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為高鐵路基的設(shè)計(jì)和質(zhì)量評估提供依據(jù)和參考。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)

本次試驗(yàn)在贛深高鐵廣東段某過渡路基基床處進(jìn)行。現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)路基處于施工階段，未能采用實(shí)際運(yùn)行時(shí)的激振荷載。既有研究表明[5, 14?16]，等速列車對均勻路基的作用通常為“M”型周期荷載，可采用振動(dòng)頻率和振動(dòng)強(qiáng)度相近的簡諧振動(dòng)荷載進(jìn)行等效替代。因而本試驗(yàn)采用小型振動(dòng)壓路機(jī)在壓實(shí)后的路基面上施加簡諧振動(dòng)荷載以近似模擬動(dòng)車對路基的振動(dòng)作用。通過建立動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)采集路基內(nèi)部的振動(dòng)數(shù)據(jù)，以路基不同深度/水平距離處的響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度作為研究對象，研究路基響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度的傳遞與衰減規(guī)律、路基動(dòng)力響應(yīng)沿深度方向與沿線路方向的變化規(guī)律以及動(dòng)力響應(yīng)量沿深度方向的豎向分量與沿線路方向的水平分量的變化規(guī)律。

1.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)土體Green函數(shù)的互易性[17]，激振點(diǎn)與受振點(diǎn)空間位置互換時(shí)，路基響應(yīng)結(jié)果保持不變。為增強(qiáng)試驗(yàn)的靈活性和可操作性，減少預(yù)埋過多傳感器而引起的誤差以及傳感器失效等風(fēng)險(xiǎn)問題，本試驗(yàn)將振源固定不動(dòng)時(shí)路基內(nèi)部不同位置處的振動(dòng)響應(yīng)問題轉(zhuǎn)換成受振點(diǎn)固定不動(dòng)而振源分別在不同位置處振動(dòng)的問題。試驗(yàn)時(shí)，在沿線路方向的中軸線0.55 m標(biāo)高處相間埋設(shè)加速度和速度傳感器，傳感器埋設(shè)間隔為1 m。速度傳感器共布設(shè)2個(gè)，依次編號為01號和02號。其中，01號測試豎向速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，02號測試水平速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。加速度傳感器共布設(shè)4個(gè)，依次編號為03號，04號，05號和06號。其中，03號測試水平加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，04號測試豎向加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，05號為校對用傳感器，06號為備用傳感器。按不同層厚分層壓實(shí)回填并依次采集不同水平位置處的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)。回填層厚依次為15，10，20，15和15 cm，受振點(diǎn)與激振點(diǎn)的水平距離為0~6 m，激振點(diǎn)的水平間距為1 m，激振點(diǎn)和傳感器布置如圖1所示。

單位：cm

1.2 試驗(yàn)測試系統(tǒng)

試驗(yàn)測試系統(tǒng)主要由路基基床、試驗(yàn)加載系統(tǒng)、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4部分組成。路基基床采用不均勻系數(shù)為6.4，曲率系數(shù)為1.83，最大干密度為2.03 g/cm3的B組填料分層填筑，填筑壓實(shí)過程與數(shù)據(jù)采集交叉進(jìn)行。試驗(yàn)填筑前進(jìn)行填料預(yù)碾壓測試，確定本試驗(yàn)條件下路基的最大壓實(shí)度為0.97，試驗(yàn)?zāi)雺罕閿?shù)為6遍，填料虛鋪厚度系數(shù)約為1.15。試驗(yàn)加載系統(tǒng)采用可穩(wěn)定輸出正弦波形的YZF3.0型振動(dòng)壓路機(jī)，其工作質(zhì)量為3 000 kg，激振頻率為30 Hz，激振力為30 kN。振動(dòng)測試采用的豎向加速度傳感器為INV9823型傳感器，測試量程為25，測試頻率范圍為0.5~4 000 Hz，測試分辨率為250 μm/s2。水平加速度傳感器為941B型傳感器，測試量程為20，測試頻率范圍為0.25~80 Hz，測試分辨率為5 μm/s2。速度傳感器為941B型傳感器，測試量程為0.6 m/s，測試頻率范圍為0.17~100 Hz，測試分辨率為1.6 μm/s。傳感器如圖2所示。傳感器現(xiàn)場埋設(shè)時(shí)加蓋自制防護(hù)罩防護(hù)，接線穿過厚壁PVC套管防護(hù)，如圖3所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用INV3062C型采集儀，通過與安裝有DASP V11動(dòng)態(tài)信號采集分析系統(tǒng)的筆記本電腦相連，實(shí)時(shí)獲取響應(yīng)數(shù)據(jù)并儲存于電腦硬盤。

圖2 傳感器

圖3 傳感器現(xiàn)場埋設(shè)

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)中路基共分為5個(gè)測試層，待各測試層回填壓實(shí)至最大壓實(shí)度后再進(jìn)行振動(dòng)測試。壓實(shí)度檢測采用灌砂法，若低于控制標(biāo)準(zhǔn)則增加碾壓遍數(shù)，并重新檢測壓實(shí)度，直至滿足壓實(shí)要求后再進(jìn)行振動(dòng)測試。為保障采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，試驗(yàn)前需對傳感器進(jìn)行標(biāo)定處理。振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)輪依次在各層激振點(diǎn)處穩(wěn)定振動(dòng)，振動(dòng)持時(shí)不少于60 s，同時(shí)采集振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)。各測試層重復(fù)測試2次以上，若存在測試波形異常情況，則重新測試直至連續(xù)2次的測試結(jié)果一致為止。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果

試驗(yàn)過程中，采集到激振點(diǎn)在不同位置時(shí)各受振點(diǎn)的加速度和速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)土體Green函數(shù)的空間互易性，將某一受振點(diǎn)的各組響應(yīng)數(shù)據(jù)依次對應(yīng)等效為激振點(diǎn)固定不動(dòng)時(shí)沿線路方向剖面不同位置處的動(dòng)力響應(yīng)值，從而得到路基內(nèi)部的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果。為減小外部噪聲干擾，對測試結(jié)果進(jìn)行低通濾波處理(截止頻率取200 Hz)，同時(shí)對振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換以分析振動(dòng)頻譜并剔除異常數(shù)據(jù)。部分處理后的測試結(jié)果如圖4所示。

(a) 豎向加速度時(shí)域圖(04號，h=0.15 m，L=4 m)；(b) 豎向加速度頻譜圖(04號，h=0.15 m，L=4 m)；(c) 豎向速度時(shí)域圖(01號，h=0.15 m，L=4 m)；(d)豎向速度頻譜圖(01號，h=0.15 m，L=4 m)

由圖4可知，采集到的響應(yīng)加速度信號和響應(yīng)速度信號近似呈周期性波動(dòng)，響應(yīng)基頻和諧頻趨于離散分布。說明在填料單一、均勻的情況下，路基動(dòng)力響應(yīng)信號與激振信號相接近。響應(yīng)信號的基頻均為29 Hz，略小于振動(dòng)壓路機(jī)的激振頻率30 Hz，表明了測試結(jié)果是有效的。

2.2 動(dòng)態(tài)響應(yīng)的空間規(guī)律

為研究路基動(dòng)力響應(yīng)特性，通過擬合不同位置處的響應(yīng)幅值，得到了如圖5和圖6所示的速度、加速度沿水平方向和深度方向的衰減規(guī)律。采用的擬合函數(shù)如式(1)所示：

式中：為衰減擬合系數(shù)，表示衰減的初始狀態(tài)；為衰減系數(shù)，表征衰減的程度。

(a) 豎向加速度；(b) 水平加速度；(c) 豎向速度；(d) 水平速度

圖5 水平方向衰減規(guī)律

Fig. 5 Horizontal attenuation law

(a) 豎向加速度；(b) 水平加速度；(c) 豎向速度；(d) 水平速度

由圖5和圖6可知，函數(shù)擬合的相關(guān)性系數(shù)均在0.9以上，表明函數(shù)擬合的效果良好，采用式(1)能夠較好描述路基動(dòng)力響應(yīng)變化特性。由擬合結(jié)果可知，路基中軸剖面加速度和速度沿水平方向和深度方向均呈現(xiàn)指數(shù)衰減規(guī)律。響應(yīng)加速度、速度的豎向分量和水平分量沿深度方向和沿水平方向的衰減規(guī)律基本一致，豎向分量幅值約為水平分量幅值的2倍，表明路基的動(dòng)力響應(yīng)主要體現(xiàn)在豎向分量上，但水平分量不容忽略。在水平方向2 m和深度方向0.45 m范圍內(nèi)加速度和速度衰減迅速，此范圍外的衰減緩慢并逐漸趨近于0，表明路基的動(dòng)力響應(yīng)區(qū)域是有限的。

為對比研究不同位置處的空間衰減規(guī)律，分別以各深度位置處的響應(yīng)幅值的最大值為歸一化基準(zhǔn)，通過式(1)進(jìn)行擬合得到各響應(yīng)物理量沿水平方向相對的變化規(guī)律，同理得到沿深度方向相對的變化規(guī)律，分別如圖7和圖8所示。

(a) 豎向加速度；(b) 水平加速度；(c) 豎向速度；(d) 水平速度

由圖7和圖8可知，響應(yīng)加速度與響應(yīng)速度的傳遞和衰減規(guī)律相同，響應(yīng)加速度測試結(jié)果無明顯波動(dòng)變化，說明濾波處理可有效減少外界噪聲干擾。不同位置處路基的動(dòng)力響應(yīng)加速度、速度沿水平方向的衰減規(guī)律相近，沿深度方向衰減規(guī)律十分接近。響應(yīng)加速度、速度的豎向分量與水平分量的變化規(guī)律基本一致。對比衰減系數(shù)可知，響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度的衰減系數(shù)隨著深度和水平距離的增加而減小，說明距離激振點(diǎn)越深，沿水平方向衰減越緩慢；距離激振點(diǎn)越遠(yuǎn)，沿深度方向衰減同樣越緩慢。根據(jù)振動(dòng)理論和波動(dòng)理論分析可知，路基產(chǎn)生的振動(dòng)以應(yīng)力波的形式傳播，隨著水平距離和深度的增加，路基內(nèi)部應(yīng)力波的波陣面曲率半徑逐漸增加并最終趨近于平面。當(dāng)路基振動(dòng)衰減系數(shù)減小至0時(shí)，將沿路基水平方向和深度方向傳播平面波。因此，距離振源越遠(yuǎn)處的響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度衰減越緩慢。

為進(jìn)一步對比分析沿深度方向與沿水平方向的傳遞和衰減規(guī)律、豎向分量與水平分量的傳遞和衰減規(guī)律以及加速度與速度的變化規(guī)律，根據(jù)圖7和圖8中的擬合結(jié)果，選取衰減系數(shù)的最大值和最小值為研究對象，得到如表1所示的沿深度方向和沿水平方向相對歸一化后的加速度、速度的衰減系數(shù)的對比數(shù)據(jù)。表中衰減系數(shù)越大衰減越迅速，反之衰減越緩慢。

(a) 豎向加速度；(b) 水平加速度；(c) 豎向速度；(d) 水平速度

表1 相對歸一化后的衰減系數(shù)

由表1可知，沿深度方向的衰減系數(shù)約為沿水平方向衰減系數(shù)的2.5~3倍，說明響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度沿深度方向的衰減更顯著。沿水平方向衰減時(shí)，響應(yīng)加速度、速度的水平分量衰減系數(shù)約為豎向分量衰減系數(shù)的1.5~1.9倍，表明水平分量沿水平方向的衰減比豎向分量沿水平方向的衰減更快；沿深度方向衰減時(shí)，響應(yīng)加速度、速度的水平分量衰減系數(shù)約為豎向分量衰減系數(shù)的0.9~1.0倍，表明水平分量與豎向分量沿深度方向的衰減速度基本一致。對比加速度與速度衰減系數(shù)最大值可知，豎向分量衰減系數(shù)最大值的比值和水平分量衰減系數(shù)最大值的比值均接近于1.0，說明加速度和速度的變化規(guī)律相近。另外，對比加速度、速度的衰減系數(shù)差值的比值可知，各比值均大于1.0，并且沿水平方向的比值大于沿深度方向的比值，說明加速度的變化幅度更大，加速度對外部激振的響應(yīng)更為敏感，能夠更精確反映衰減規(guī)律的細(xì)微變化，研究沿水平方向的變化規(guī)律時(shí)采用加速度指標(biāo)的優(yōu)勢更明顯。

2.3 動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍

為進(jìn)一步研究路基動(dòng)力響應(yīng)的范圍，以響應(yīng)加速度、速度趨近于0時(shí)的水平方向5 m和深度方向0.75 m處為研究范圍，分別以該范圍的加速度、速度之和為歸一化基準(zhǔn)，得到沿水平方向和沿深度方向的加速度、速度歸一化后的累計(jì)值，如圖9所示。

(a) 水平方向；(b) 深度方向

由圖9可知，沿水平方向和沿深度方向的歸一化后的累計(jì)值的變化規(guī)律相似。在靠近振源的某一范圍內(nèi)歸一化后的累計(jì)值迅速增大，隨后逐漸增長緩慢并最終趨近于1。在水平方向1.5 m和深度方向0.45 m范圍內(nèi)累計(jì)歸一化水平已達(dá)到0.9，表明此范圍已發(fā)生的動(dòng)力響應(yīng)占整體動(dòng)力響應(yīng)的90%，可認(rèn)為此范圍是路基內(nèi)部的動(dòng)力響應(yīng)區(qū)域。

3 結(jié)論

1) 基于土體動(dòng)力互易性原理開展現(xiàn)場激振試驗(yàn)，不僅可以得到可靠的測試結(jié)果，而且極大地簡化了現(xiàn)場操作。

2) 路基響應(yīng)速度、加速度沿深度方向和水平方向均呈指數(shù)衰減規(guī)律，衰減系數(shù)隨著深度和水平距離的增加而減小，距離激振點(diǎn)越遠(yuǎn)衰減越緩慢。沿深度方向衰減系數(shù)約為沿水平方向衰減系數(shù)的2.5~3倍，路基的動(dòng)力響應(yīng)沿深度方向衰減更快。

3) 響應(yīng)加速度、速度的豎向分量幅值約為水平分量幅值的2倍，路基的動(dòng)力響應(yīng)主要體現(xiàn)在豎向分量上，但水平分量不容忽視。水平分量沿水平方向的衰減速度約為豎向分量的1.5~1.9倍，水平分量沿深度方向的衰減速度約為豎向分量的0.9~1.0倍，水平分量沿水平方向的衰減相對明顯。

4) 進(jìn)行濾波處理后的響應(yīng)加速度和響應(yīng)速度的變化規(guī)律相近。加速度對外部激勵(lì)的響應(yīng)更為敏感，能夠更精確地反映細(xì)微變化，建議采用濾波處理后的加速度指標(biāo)研究路基動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。

5) 在本實(shí)驗(yàn)條件下，水平方向兩側(cè)3 m和深度方向0.45 m范圍為路基最主要的動(dòng)力響應(yīng)區(qū)域。

[1] 陳云敏, 邊學(xué)成. 高速鐵路路基動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2018, 51(6): 1?13. CHEN Yunmin, BIAN Xuecheng. The review of high-speed railway track foundation dynamics[J]. China Civil Engineering Journal, 2018, 51(6): 1?13.

[2] Ishikawai T, Sekineiia E, Miura S. Cyclic deformation of granular material subjected to movingwheel loads[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2011,48(5): 691?703.

[3] Shaer A A, Duhamel D, Sab K, et al. Experimental settlement and dynamic behavior of a portion of ballasted railway track under high speed trains[J]. Journal of Sound &Vibration,2008, 316(1/2/3/4/5): 211?233.

[4] Indraratna B, Nimbalkar S. Discussion of “stress-strain degradation response of railway ballast stabilized with geosynthetics”[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2013, 139(5): 684?700.

[5] 牛婷婷, 劉漢龍, 丁選明, 等. 高鐵列車荷載作用下樁網(wǎng)復(fù)合地基振動(dòng)特性模型試驗(yàn)[J]. 巖土力學(xué), 2018, 39(3): 872?880. NIU Tingting, LIU Hanlong, DING Xuanming, et al. Piled embankment model test on vibration characteristics under high-speed train loads[J]. Rock and Soil Mechanics, 2018, 39(3): 872?880.

[6] 陳善雄, 宋瑞軍, 余飛, 等. 降雨入滲對路基動(dòng)力響應(yīng)的變化規(guī)律研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2017, 36(增2): 4212?4219. CHEN Shanxiong, SONG Ruijun, YU Fei, et al. The change rules of dynamic response on subgrade underThe rainfall infiltration[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2017, 36(Suppl 2): 4212? 4219.

[7] Thach P N, LIU H L, Kong G Q. Vibration analysis of pile-supported embankments under high-speed train passage[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2013, 55(12): 92?99.

[8] WANG C, WANG B, GUO P, et al. Experimental analysis on settlement controlling of geogrid-reinforced pile-raft- supported embankments in high-speed railway[J]. Acta Geotechnica, 2015, 10(2): 231? 242.

[9] Yoshitsugu M, Etsuo S, Fumio T. Deformation characteristics of railway roadbed and subgrade under moving-wheel laod[J]. Soil and Foundations, 2005, 45(4): 99?118

[10] 冷伍明, 梅慧浩, 聶如松, 等. 重載鐵路路基足尺模型試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2018, 37(4): 1? 6, 18. LENG Wuming, MEI Huihao, NIE Rusong, et al. Full- scale model test of heavy haul railway subgrade[J]. Journal of Vibration and Shock,2018, 37(4): 1?6, 18.

[11] 金書濱, 張長勝, 劉政, 等. 大噸位壓路機(jī)碾壓大粒徑填石路基的動(dòng)力響應(yīng)[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2016, 13(9): 1743?1748. JIN Shubin, ZHANG Changsheng, LIU Zheng, et al. The dynamic response of large diameter fill subgrade by large tonnage rollers[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2016, 13(9): 1743?1748.

[12] 王子玉, 凌賢長, 惠舒清. 季節(jié)凍土區(qū)鐵路路基振動(dòng)加速度現(xiàn)場監(jiān)測[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2015, 37(9): 1591? 1598. WANG Ziyu, LING Xianchang, HUI Shuqing. Field monitorring of vibration response of subgrade in a seasonally frozen region[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2015, 37(9): 1591?1598.

[13] 屈暢姿, 王永和, 魏麗敏, 等. 武廣高速鐵路路基振動(dòng)現(xiàn)場測試與分析[J]. 巖土力學(xué), 2012, 33(5): 1451?1456, 1461. QU Changzi, WANG Yonghe, WEI Limin, et al. In-situ test and analysis of vibration of subgrade for Wuhan -Guangzhou high-speed railway[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(5): 1451?1456, 1461.

[14] Thom N H, Mcdowell G R, Brown S F, et al. The Nottingham railway test facility[J]. UK. Transport, 2007,160(2): 59?65

[15] LIU S, HUANG H, QIU T, et al. Effect of geogrid on railroad ballast particle movement[J]. Transportation Geotechnics, 2016, 9: 110?122.

[16] 付強(qiáng), 宋金良, 丁選明, 等. 高鐵荷載下樁?土復(fù)合地基振動(dòng)響應(yīng)特性研究[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2017, 14(10): 2050?2058. FU Qiang, SONG Jinliang, DING Xuanming, et al. Study on dynamic response characteristic of PCC pile-soil composite foundation under high-speed railway train load [J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2017, 14(10): 2050?2058.

[17] 曹艷梅, 夏禾. 基于Betti-Rayleigh動(dòng)力互易定理求解移動(dòng)荷載引起的地基土振動(dòng)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2009, 28(7): 1467?1476. CAO Yanmei, XIA He. Solution of foundation soil vibrations induced by moving loads based on Betti- Rayleigh dynamic reciprocal theorem[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009, 28(7): 1467? 1476.

Experimental study on spatial characteristics of dynamic responses of high-speed railway subgrade under vibrational loading

WU Longliang1, YU Qi2, JIANG Huihuang1, 3, XIANG Weiguo1, GAO Mingxian3, YAN Xiaoxia3

(1. China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China;2. Bureau Public Work of Shenzhen Municipality, Shenzhen 518031, China;3. Shenzhen Research and Design Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Shenzhen 518054, China)

In order to study the characteristics of dynamic responses of the subgrade under vibrational load, field loading tests were conducted to monitor excitation responses based on vibration velocity and acceleration, and the dynamic response attenuation law of the subgrade along the depth direction and the horizontal direction was obtained. The results show that acceleration and velocity responses are exponentially decayed along the depth direction and horizontal direction, the attenuation along the depth direction is more significant than that along the horizontal direction, and the attenuation coefficient in the depth direction is 2.5~3 times higher than that in the horizontal direction. The further the vibration point is, the slower the attenuation is; the amplitude of the vertical component of the velocity and acceleration responses is about twice of that in the horizontal direction, and the horizontal component of the attenuation velocity along the horizontal direction is about 1.5 to 1.9 times of the vertical component, and the attenuation of the horizontal component of the velocity along the depth direction is about 0.9 to 1.0 times of the vertical component; the acceleration response after filtering is similar to the velocity response. The acceleration response to the external excitation is more sensitive than the velocity, which can better reflect the subtle changes of the attenuation law.

subgrade of high-speed railway; dynamic response; acceleration; velocity; soil dynamic interaction

TU470

A

1672 ? 7029(2020)04 ? 0799 ? 09

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20190610

2019?07?07

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)課題(2016G006-C)；深圳市建筑工務(wù)署技術(shù)研究課題(THZQ-033-2018)

吳龍梁(1988?)，男，湖南岳陽人，博士研究生，從事連續(xù)壓實(shí)控制方面的研究；E?mail：ramlee@126.com

(編輯 陽麗霞)