道路交通致地表振動衰減規律實測與分析

邢萬明，任青，趙曉斌

（上海理工大學環境與建筑學院，上海 200093）

為滿足社會發展需求及科技進步，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，需嚴格控制環境振動導致的誤差[1]。隨著城市化規模的不斷擴大，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的動態信號測試分析系統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。