道路交通致地表振動衰減規(guī)律實測與分析

邢萬明，任青，趙曉斌

（上海理工大學環(huán)境與建筑學院，上海 200093）

為滿足社會發(fā)展需求及科技進步，大型科學實驗室不斷建成。為使科研數據精度達標，除提高儀器本身精度外，需嚴格控制環(huán)境振動導致的誤差[1]。隨著城市化規(guī)模的不斷擴大，道路交通的不斷完善給人們的生產生活帶來了極大便利，但也使得的環(huán)境振動問題日益嚴重，給人們的日常生活帶來了許多危害，其中主要包括對精密設備造成的危害。

道路交通產生的振動引起了國內外學者的廣泛關注。鄒錦華[2]等對某兩條道路進行了不同車型和車流量現場實測，對測試數據進行了VLz 振級、加速度峰值和頻譜特性分析。袁玉卿[3]等為了解道路車輛產生的振動對古城墻的影響，進行現場實測，建立道路-土體-城墻有限元模型，研究不同工況條件下城墻的振動響應規(guī)律。Wang,Hongzhen[4]等進行了現場振動實測，并建立了車輛-基礎-建筑結構的有限元模型，對隔振措施進行仿真。

1 現場測試

1.1 測試地點

為了解建設場地在道路交通荷載作用下的振動水平。綜合考慮各種因素，選取建設場地附近道路進行現場測試。為保證振源的唯一性，在夜間進行單一車輛行駛的環(huán)境振動衰減測試。測試車型為小車，車重1.5t，車 速30km/h。在距離道路0m，10m，20m，30m，40m，60m，80m 處依次設置了P-1～P-7 七個測點，如圖1 所示。周圍無明顯振源干擾。

圖1 無名路測點布置圖

圖2 現場測試圖

1.2 測試設備

本次測試使用東華測試公司研發(fā)的動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)和磁電式加速度傳感器，該傳感器適合測試建筑物及地表的環(huán)境振動。由于場地原始土層振動頻率一般不會高于100Hz，故本次測試采樣頻率為500Hz，以確保獲取精確的數據結果。因測試場地地表不平整，把傳感器放置在打入土體中的鐵錐頂部平面上。

2 測試結果分析

2.1 頻譜曲線分析

圖3 給出了0m 與80m 測點的道路交通所致地面振動加速度響應的頻譜曲線。從圖中可以看出，道路交通產生的地面振動加速度主要頻率集中在3～80Hz 之間。在0m測點處，三個方向的主導頻率位于40～60Hz 之間。在80m測點處，三個方向的峰值頻率分別出現在15Hz、5Hz 和14Hz 附近。對比80m 測點和0m 測點頻譜曲線，可以發(fā)現隨著測點距離的增加，道路交通所致地面振動加速度的能量明顯降低。此外，隨著距離的增加，受土體阻尼的影響，道路交通所致地面振動的主導頻率逐漸向低頻靠近。

圖3 道路交通所致地面振動頻譜曲線

2.2 位移RMS 值隨距離衰減分析

將加速度時程數據按每1s 為1 個數據段進行位移RMS 值處理。由圖4 可知，0m 處的X、Y、Z 三個方向的位移RMS 值峰值分別為69.53μm、123.44μm 和33.73μm，說明車輛產生的振動Y 向最大，Z 向最小，且三者相差較大。隨著測試距離增加，位移RMS 值峰值不斷減小，20m 處測點三個方向的位移RMS 值峰值分別6.34μm，10.86μm 和5.41μm，與0m 處測點相比，X、Y方向衰減程度超過了90%，Z 向衰減超過了80%。80m 處三向位移RMS值峰值分別為1.82μm，3.25μm和0.91μm，與20m 處相比X、Y 方向衰減了70%，Z 向衰減了80%。

圖4 道路交通所致地面振動位移RMS 值峰值隨距離衰減曲線

上述結果表明道路交通產生的振動位移RMS 值峰值在近場衰減較快，遠場衰減較慢，這是因為近場振動以體波為主，遠場振動以面波為主，而體波的衰減速率遠大于面波。

3 結論

本文通過對某工程項目擬建區(qū)域地道路交通引起地表振動進行現場實測并分析測試數據，得到以下結論：

（1）在路面的側向約束小于豎向約束時，道路交通引起環(huán)境振動的振動響應Z 向小于水平向；能量主要集中在Y 方向。

（2）道路交通產生的地面振動加速度主導頻率集中在3～80Hz 之間，且道路交通致地表振動在近場主要為中頻振動，在遠場為低頻振動。隨著距離的增加，道路交通所致地面振動的主導頻率與頻率幅值逐漸降低。

（3）在道路交通荷載作用下，隨著測試距離逐漸增加，位移RMS 值峰值不斷減小；振動位移RMS 值峰值在近場衰減速度較快，遠場衰減較慢。