本文是一篇结构工程论文，本文研究了单点简谐荷载激励作用下场地振动响应规律以及隔振沟等隔振措施的隔振效果。基于夏季和冬季现场试验数据结果，分析了振动在土中传播及其受激振力、激振频率、振源距以及温度的影响规律。
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
随着我国工业的迅速发展和城市进程的不断加快，越来越多的住宅楼、工厂等公用民用建筑拔地而起。高大的办公楼、庞大的工厂以及林立的楼宇在方便民生和推动经济的同时，伴随着建筑施工和工厂生产作业而来的便是环境振动，场地振动问题日益成为工程领域和环境科学研究中的一个显著议题，目前国际上已经将环境振动定为七大公害之一[1]。
当前，国内外众多学者多数关注交通荷载，如高速铁路、地铁、车辆等带来的振动，对生产施工过程中引起的周期性荷载、冲击荷载等关注度尚且不够。随着现代化社会的进步，人们对美好生活也有了更高的追求，环境振动对人们的日常生活和建筑物的影响也日趋明显。依据日本的一项调查显示，对于各类因素引起的环境振动投诉率，建筑施工和工厂引发的振动分别以49.2%和33.5%位于第一和第二位[2] （见图1.1）。
1.2国内外研究现状
1.2.1不同振源研究现状
Madshus等[5]在瑞典的现场实测了不同速度高铁运行所引起的路面动力响应；Yang和Hung等[6]采用2.5D有限元方法分析了移动荷载引起的土体振动传播规律，研究了频率、波速、阻尼比等对土体振动的影响；Balendra等[7]建立了二维频域有限元模型，分析了地表车辆引起的周围建筑物振动问题；Metrikine和Vrouwenvelder[8]使用解析法把轨道结构简化为欧拉梁，研究了列车移动荷载导致的地面的动力响应问题；Yang [9]结合现场试验和三维有限元模型研究列车振动响应，分析传播过程中竖向和横向的时域及频域特性，得出随着距离导轨中心线距离的增加，地面振动衰减速率逐渐减小的规律；杨忠平[10]基于地铁振动现场实测值，结合经验公式进行预测，通过回归的方式分析影响振动衰减的参数；申译文[11]针对寒地高铁振动实测数据分析其时程、频谱，得出高寒地区振动加速度响应和振动衰减的衰减规律；王迪瀚[12]为研究地铁振动传播规律，对地铁振动进行现场实测，并基于实测数据，分析振动时程特征和自功率谱，得出地铁振动的衰减规律；马蒙等[13]采用现场实测与数值模拟相结合预测方法，采用振动响应传递比描述室内外两点之间的振动变换，实现在不同频段上定量预测轨道交通振动对建筑物内人和精密仪器的影响。
Potts[14]分析了打桩施工产生的动荷载对邻近隧道的影响，总结了隧道的位移和变形规律，通过实验的方法得出了隧道的最大位移值。王松等[15]依托某强夯工程，通过监测夯击施工时面波距夯点不同位置处垂直和水平径向速度，研究该场地强夯前后振动规律；曹利[16]通过室内模型试验，研究夯击次数、含水率、落距等参数对黄土地基的振动响应影响，并结合现场实际振动结果，对比验证了模型试验的准确性，得出黄土地基振动衰减模型；
第二章 自由场地及隔振场地振动试验
2.1项目背景和工程地质条件
2.1.1项目背景
现场试验位于吉林大学朝阳校区地质宫博物馆,西北侧场地。地质宫博物馆兼具教学楼、实验楼、办公楼、地质博物馆于一身，始建于1938年，是长春市历史建筑。地质宫东南侧200m为长春地铁五号线施工现场,地质宫西侧50m、水工楼南侧10m左右是规划建设的吉林大学朝阳校区科研楼项目施工现场，现有的交通影响以及施工现场强夯、打桩或是盾构施工引起的环境振动可能会对建筑本身产生影响，故在地质宫及水工楼周围研究环境振动传播以及隔振效果对于保护历史建筑有重要意义。
2.1.2工程地质条件
本次勘察场地位于长春市朝阳区吉林大学朝阳校区院内，场区地势平坦，勘察的最大深度为18.9m，此深度内地层为第四纪冲积粘性土层，根据岩性、土工试验及原位测试结果地层由上至下分为5层[84]，描述如下：
第一层杂填土：杂黑色，成分较杂，主要成分为粉质粘土夹有少量砖石等，结构松散，密实度不均匀，层厚：1.0-4.6m。
第二层粉质粘土：黄褐色，含铁锰结核，具铁质浸染，稍湿。可塑状态，中压缩性。无摇振反应，光泽反应为稍有光滑，干强度中等，层厚：0.0-2.5m。
第三层粉质粘土：黄褐色，含铁锰结核，具铁质浸染，湿。可塑状态，中压缩性。无摇振反应，光泽反应为稍有光滑，干强度中等，层厚：3.1-4.8m。
第四层粉质粘土：黄褐色，含铁锰结核，具铁质浸染，湿，可塑偏硬状态，中压缩性。无摇振反应，光泽反应为有光滑，干强度中等，层厚：2.2-3.3m。
第五层粉质粘土：黄褐色，具铁质浸染，稍湿，硬塑状态，中压缩性。无摇振反应，光泽反应为有光滑，干强度中等，韧性中等。最大揭露深度8.5m。
2.2现场试验
2.2.1试验仪器
一、LVIB-15可控振源
LVIB-15可控振源（图2.3），采用振动锤激励，可以实现3Hz~250Hz的振动激励，振源相关参数见表2.2。
依据多位学者的研究以及对比实测数据，竖向振动响应绝大多数大于水平振动响应，而且由于试验所用的LVIB-15型振源的荷载输出为竖向振动，同时考虑到实际工程中强夯、打桩以及一些机械振动也多为竖向荷载，故分析竖向振动速度响应比水平方向振动速度响应更具实际意义。
第三章 自由场地与隔振场地振动有限元分析..................... 56
3.1 有限元分析步骤................................ 56
3.2 自由场地和隔振场地振动传播有限元模拟..................... 57
第四章 隔振沟几何参数及激振力与温度影响研究.................... 72
4.1隔振沟深度对隔振效果的影响.......................... 72
4.2 隔振沟宽度对隔振效果的影响..................... 73
第五章 填充沟及排桩隔振体系隔振效果研究...................... 80
5.1 不同填充材料对隔振效果的影响......................... 80
5.2 排桩隔振体系对隔振效果的影响................... 82
第五章 填充沟及排桩隔振体系隔振效果研究
5.1 不同填充材料对隔振效果的影响
前面学者多数考虑一种或两种相似填充材料比较隔振效果，例如前文提到的刘晶磊采用碎石和橡胶、罗文俊采用废弃轮胎、曾松采用两种泡沫作为填充材料，这类材料的普遍特点是取材容易、波阻抗较大。考虑到工程实际，拟采用4种材料来研究它们的屏障作用，分别是粗砂、混凝土、聚乙烯泡沫、粉煤灰。模拟试验中控制激振力的大小为100kN，激振频率为20Hz，振源到隔振填充沟的距离为2m，研究2m、5m、10m、15m、30m五个测点的竖向和水平振动速度响应。工况见表5.1。
第六章 结论和展望
6.1结论
交通、施工等引起的周期性荷载会引起周围土体的振动，会对建筑结构、精密仪器以及人体产生影响。本文研究了单点简谐荷载激励作用下场地振动响应规律以及隔振沟等隔振措施的隔振效果。基于夏季和冬季现场试验数据结果，分析了振动在土中传播及其受激振力、激振频率、振源距以及温度的影响规律。通过数值模拟的方法构建有限元模型，研究不同隔振屏障的隔振效果，具体研究成果如下：
（1）振动速度响应随距离增加呈指数形式衰减，衰减函数为y=Aexp(-x/t)型函数，近源场地衰减较快，远源场地衰减较慢，受距离影响变化明显。激振力大小对竖向振动速度影响受到激振频率约束，低频振动时，激振力的大小对竖向速度有明显的影响，速度随激振力增大而增大；高频振动时，激振力的变化对竖向速度的影响不够明显。激振频率对竖向速度的影响程度大于激振力，竖向振动速度随频率变化的幅度很大，高频振动的衰减模式呈现先不变后陡降的趋势。温度对振动响应的影响十分明显，冬季的振动速度小于夏季振动速度，低温导致土壤动弹模增加，从而导致振动减弱。隔振沟对振动的传播有明显的阻碍作用。
（2）隔振沟隔振性能的影响因素受到沟自身参数以及荷载的影响。2m测点位置处，沟深2m的水平振动速度为沟深0.5m的30.02%，沟深4m的水平振动速度为沟深2m的27.32%，隔振沟越深，隔振效果越好，但到一定深度后隔振效果变化不再明显；隔振沟的宽度对隔振效果有较小的影响；激振力的大小对隔振效果比较明显，在近源场地激振力越大振动衰减越明显；隔振沟对激振频率较为敏感，以50Hz为基准，2m测点水平振动速度在10、20、80、100、150Hz下的速度降低比分别为31.58%、92.08%、51.39%、32.85%、23.74%，呈现先升高后降低的趋势，隔振沟对高频振动的阻碍作用高于低频振动，原因是低频振动的波长较长，从而有更好的透射能力，而高频振动波长较短，更容易被滤掉；
参考文献（略）
