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研究生:韓卓高
研究生(外文):Cho-Kao Han
論文名稱:高鐵列車於路堤結構引致地盤振動之影響因子評估
論文名稱(外文):Evaluation of Influence Parameters of Ground Vibration Induced by High-Speed Trains on Embankment Structures
指導教授:陳逸駿陳逸駿引用關係
指導教授(外文):Yi-Jyun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:216
中文關鍵詞:高鐵列車路堤結構地盤振動衰減分析
外文關鍵詞:attenuationground vibrationembankment structureshigh-speed trains
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本研究藉由現地量測之資料探討高鐵於路堤結構引致地盤振動之基準位置(距高鐵中心約25 m)與振波傳遞之影響,並使用整體振動量、最大振動量及低、中、高頻率之整體振動量等方法作振動量之分析。依現地量測之分析結果針對高鐵行駛於路堤結構在不同土層、路堤體積及車速狀況進行探討。並對波傳之影響因子及衰減距離進行評估。
基準位置振動量之分析結果顯示不同土層型式對振動量造成之影響頗大,平均振動量於不同土層之最大差異為15 dB。而列車速度從150 km/h增加至300 km/h,亦使振動量平均上升2~8 dB。在路堤體積方面,其對振動量之影響則相對不明顯。另藉由控制頻率之探討,顯示在路堤之控制頻率均集中於中頻及高頻。由振波傳遞之分析結果顯示土層型式及頻率為影響振波衰減之主要因素,衰減係數隨著土層剪力波速之增加而降低,亦隨著頻率之增加而增加。
最後藉由統計資料結果建議初步推估遠距離振動量之簡易評估模組,並使用已知之車速、土層型式及衰減係數推估遠距離之振動量與實際量測之振動量比較,以驗證其誤差大小。
關鍵字:高鐵列車、路堤結構、地盤振動、衰減分析
A wide variety of measured data for ground vibrations induced by high-speed trains on embankment structures are evaluated. Both near field vibration (25 m from alignment) and far field wave propagation are included in this study, and the overall vibration level, the maximum vibration level, and the different frequency (including low, middle, and high) ranges are used for analysis. The factors of geological condition, embankment volume, and train speed are discussed for near field vibration, and the influence parameters of wave propagation are examined.

For near field vibration, the analysis results show that the influence of ground vibration is obvious due to various geological conditions. The maximum difference can reach up to 15 dB. The vibration level also increases with increasing train speed, and the difference is about 2 ~ 8 dB for train speed between 150 and 300 km/h. However, the influence of the vibration level due to embankment volume is relatively small. Meanwhile, the statistics also demonstrates that the dominant frequency nearly concentrates on middle and high frequency ranges. For far-field wave propagation, the analysis results show that geological condition and frequency are the most important influence factors. In general, vibration attenuation coefficient increases with reducing ground shear wave velocity and increasing frequency.

Finally, this research suggests a simple evaluation model to predict the far field ground vibration from a given condition of train speed, soil condition and attenuation coefficient. The results of this suggested model were verified using field measurement data.


Keywords : high-speed trains, embankment structures, ground vibration, attenuation
目錄
摘要
Abstract
致謝
目錄
圖目錄
表目錄

第一章 緒論
1.1 前言
1.2 研究動機與目的
1.3 研究方法與內容

第二章 文獻回顧
2.1 波傳原理
2.2 振動衰減模式
2.3 振動相關研究文獻回顧

第三章 現地振動量測與分析方法
3.1 現地振動量測
3.1.1 列車配置
3.1.2量測點資料蒐集與整理
3.1.3量測設備
3.1.4現地量測步驟
3.2 振動資料分析方法
3.2.1 振動頻譜分析
3.2.2振動量分析與各影響因子探討
3.2.3振動衰減分析

第四章 振動量測現地介紹

第五章 基準位置振動量之影響評估
5.1基準位置振動量之影響因子探討
5.1.1振動量與列車速度之探討
5.1.1.1沖積層
5.1.1.2卵礫石層
5.1.1.3岩盤
5.1.2振動量與路堤體積之探討
5.1.2.1沖積層
5.1.2.2卵礫石層
5.1.2.3岩盤
5.1.3振動量與剪力波速之探討
5.1.4控制頻率之探討
5.2基準位置振動量之統計

第六章 振波傳遞之影響評估
6.1衰減係數之影響因子
6.1.1衰減係數與土層型式之探討
6.1.2衰減係數與頻率之探討
6.2振動量影響距離之推估

第七章 初步地盤振動簡易評估模式

第八章 結論與建議
8.1基準位置振動量之評估
8.2振波傳遞之評估
8.3建議
參考文獻
附錄A
附錄B

圖目錄
圖1-1 研究流程圖
圖2-1 半無限彈性空間內之波傳運動示意圖 (Bolt, 1978)
圖 2-2 圓形振動基腳於均質、均向、半無限空間之波形位移分佈圖(Woods, 1968)
圖2-3 表面波振幅與振源距離衰減圖(Richart et al., 1970)
圖2-4 一般振動標準曲線圖 (Gordon, 1991)
圖2-5 整體振動量(VLOA)與車速之關係關係 (吉岡修, 1999)
圖2-6 新幹線之正規化振動量測值與1/3 中心倍頻之關係(吉岡修, 1999)
圖 2-7 道碴基礎斷面 (洪曉慧等人, 1999)
圖 2-8 高鐵衰減係數(α)與頻率之關係 (Huang et al., 2007)
圖3-1 臺灣高速鐵路列車配置示意圖
圖3-2 懸盪式波速井測資料擷取系統
圖3-3 振動量測儀器 (a)三方向加速規 (b)積分器 (c)資料擷取系統
圖3-4 量測點配置圖
圖3-5 加速規基座
圖3-6 儀器組裝完成圖
圖3-7 數位攝影機架設
圖3-8 快速傅利葉頻譜計算車速
圖3-9 時間域之Z 方向量測振動速度
圖3-10 振動速度(dB)與1/3 倍頻之關係
圖3-11 Z軸之控制頻率統計圖
圖 4-1 測點1 路堤段之簡化土層
圖 4-2 測點1 路堤段之剪力波速
圖 4-3 測點2 路堤段之簡化土層
圖 4-4 測點2 路堤段之剪力波速
圖 4-5 測點3 路堤段之簡化土層
圖 4-6 測點3 路堤段之剪力波速
圖 4-7 測點4 路堤段之簡化土層
圖 4-8 測點4 路堤段之剪力波速
圖 4-9 測點5 路堤段之簡化土層
圖 4-10 測點5 路堤段之剪力波速
圖 4-11 測點6 路堤段之簡化土層
圖 4-12 測點6 路堤段之剪力波速
圖 4-13 測點7 路堤段之簡化土層
圖 4-14 測點7 路堤段之剪力波速
圖 4-15 測點8 路堤段之簡化土層
圖 4-16 測點8 路堤段之剪力波速
圖 4-17 測點9路堤段之簡化土層
圖 4-18 測點9 路堤段之剪力波速
圖4-19 測點10路堤段之簡化土層
圖 4-20 測點10路堤段之剪力波速
圖5-1 測點1 之整體振動量(VLOA)
圖5-2 測點1 之最大振動量(VLMAX)
圖5-3 測點1 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-4 測點2 之整體振動量(VLOA)
圖5-5 測點2 之最大振動量(VLMAX)
圖5-6 測點2 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-7 測點5 之整體振動量(VLOA)
圖5-8 測點5 之最大振動量(VLMAX)
圖5-9 測點5 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-10 測點6 之整體振動量(VLOA)
圖5-11 測點6 之最大振動量(VLMAX)
圖5-12 測點6 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-13 測點3 之整體振動量(VLOA)
圖5-14 測點3 之最大振動量(VLMAX)
圖5-15 測點3 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-16 測點7 之整體振動量(VLOA)
圖5-17 測點7 之最大振動量(VLMAX)
圖5-18 測點7 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-19 測點8 之整體振動量(VLOA)
圖5-20 測點8 之最大振動量(VLMAX)
圖5-21 測點8 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-22 測點4 之整體振動量(VLOA)
圖5-23 測點4 之最大振動量(VLMAX)
圖5-24 測點4 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-25 測點9 之整體振動量(VLOA)
圖5-26 測點9 之最大振動量(VLMAX)
圖5-27 測點9 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-28 測點10 之整體振動量(VLOA)
圖5-29 測點10 之最大振動量(VLMAX)
圖5-30 測點10 之低、中、高頻率之振動量(VLLOW、VLMIDDLE、VLHIGH)
圖5-31 沖積層之整體振動量(VLOA)
圖5-32 沖積層之最大振動量(VLMAX)
圖5-33 卵礫石層之整體振動量(VLOA)
圖5-34 卵礫石層之最大振動量(VLMAX)
圖5-35 岩盤之整體振動量(VLOA)
圖5-36 岩盤之最大振動量(VLMAX)
圖5-37 距列車軌道中心12.5 m 處振動量與橋樑體積之關係
圖5-38 距列車軌道中心25 m 處振動量與橋樑體積之關係
圖5-39 振動量與剪力波速之關係
圖5-40 沖積層之控制頻率
圖5-41 卵礫石層之控制頻率
圖5-42 岩盤之控制頻率
圖6-1 整體振動量之衰減係數α 與剪力波速VS 之關係
圖6-2 低、中、高頻率之衰減係數α 與剪力波速VS 之關係
圖6-3 衰減係數α 與頻率之關係
圖6-4 α-VS-f 之關係圖

表目錄
表2-1 各彈性波所佔之能量表(Miller and Pursey, 1955)
表2-2 不同土壤種類之值(Theissen and Wood, 1982)
表2-3 FRA及FTA對列車行駛引致振動之影響因子介紹
表2-4 FRA及FTA對列車行駛引致振動所訂之規範標準
表2-5 FRA及FTA對列車行駛引致振動在特殊場地所訂之規範標準
表3-1 1/3八音階頻帶(ANSI, 1993)
表4-1 路堤段測點之基本資料
表5-1 測點1之Z軸振動量
表5-2 測點2之Z軸振動量
表5-3 測點5之Z軸振動量
表5-4 測點6之Z軸振動量
表5-5 測點3之Z軸振動量
表5-6 測點7之Z軸振動量
表5-7 測點8之Z軸振動量
表5-8 測點4之Z軸振動量
表5-9 測點9之Z軸振動量
表5-10 測點10之Z軸振動量
表5-11 Z軸之整體振動量統計
表5-12 Z軸之最大振動量統計
表5-13 Z軸之低頻振動量統計
表5-14 Z軸之中頻振動量統計
表5-15 Z軸之高頻振動量統計
表5-16 沖積層之控制頻率統計
表5-17 卵礫石層之控制頻率統計
表5-18 岩盤之控制頻率統計
表5-19 Z軸之振動量統計值範圍
表5-20 Z軸之振動量統計平均值
表6-1 Z軸整體振動量之衰減係數統計
表6-2 Z軸低、中、高頻率之振動量之衰減係數統計
表6-3 21個頻率之衰減係數統計
表6-4 測點1推估衰減距離
表6-5 測點2推估衰減距離
表6-6 測點3推估衰減距離
表6-7 測點4推估衰減距離
表7-1 地盤振動簡易評估模組
表7-2 衰減係數簡易評估模組
表7-3 實際振動量及推估振動量於200 m之比較
參考文獻
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