饱和软土中SDCM墙作为被动波屏障的半解析BEM-FEM耦合分析及减振机理研究

针对城市轨道交通引发的饱和软土地基低频振动问题，本研究创新性地提出采用加劲深层搅拌(SDCM)墙作为被动波屏障。通过现场实测与半解析BEM-FEM耦合模型，系统研究了PHC/PHS核心桩增强的SDCM墙对Rayleigh波的隔离机制，发现当核心桩深度与DCM墙深度匹配、截面增大且保持空心时，可显著降低振动幅值达75%，为城市振动污染控制提供了经济高效的解决方案。

　　

随着中国城市化进程加速，地铁等轨道交通引发的环境振动污染日益严重。以上海为代表的软土地区，地铁运行产生的10-20Hz低频振动在饱和土层中衰减缓慢，影响范围可达40-50米，对沿线精密仪器和居民生活造成显著干扰。传统开放式隔振沟受限于稳定性和地下水位问题，在软土地区难以达到理想隔振深度，而填充式隔振沟又面临材料成本和施工难度等问题。针对这一工程难题，研究人员创新性地将土木工程中用于深基坑支护的加劲深层搅拌(SDCM)墙改造为被动波屏障。

上海某高校研究团队在《Results in Engineering》发表的研究中，通过现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法，系统研究了SDCM墙在饱和软土中的隔振性能。研究首先在上海地铁2号线现场测量了列车运行引发的地面振动特性，确认了Rayleigh波为主导传播模式。随后团队开发了三维半解析边界元-有限元(BEM-FEM)耦合算法，采用SPMD并行计算技术处理大规模计算问题，并创新性地提出"多值节点法"解决角点不连续问题。

关键技术方法包括：1)基于薄层法(TLM)的半解析边界元法，避免传统方法对土层界面的离散需求；2)建立BEM-FEM耦合方程时引入虚拟节点处理界面力不连续问题；3)采用Rayleigh阻尼模型的频域有限元分析；4)通过现场试验验证数值模型的可靠性。研究特别关注了PHC(预应力高强混凝土管桩)和PHS(预应力高强混凝土方桩)两种核心桩的隔振性能差异。

研究结果部分，"SDCM墙作为被动波屏障的可行性"章节通过现场测试证明，当屏障深度达到1.33倍Rayleigh波长(λ_R)时，可取得75%的振动衰减效果。"核心桩对筛选效率的影响"部分发现，PHS桩因截面面积更大，其A_RF(振幅衰减比)比同尺寸PHC桩低15-20%。"净间距影响"章节指出，当核心桩间距S_cp增至3倍桩径时，可在减少桩数的同时保持隔振效果。"几何参数优化"部分证实，DCM墙深度H_DCM>1.0λ_R时继续增加深度对提升隔效效果有限。

讨论部分强调，SDCM墙的创新性在于将支护结构与隔振功能合二为一，其水泥土连续墙体可有效抑制传统桩排屏障的"绕射效应"。研究建议实际工程中优先选用空心PHS桩，保持桩孔空心以增强波反射，并通过适当增大桩间距(3-4倍桩径)降低造价。该成果为软土地区轨道交通振动控制提供了兼具经济性和施工便利性的解决方案，特别适用于中国东南沿海广泛分布的深厚软土层地区。未来研究可进一步探讨SDCM墙在多土层和非均匀地基中的隔振性能优化。