列车不同速度运行引起的地面振动特性研究：基于VUZ试验中心的实测与2.5D模型验证

这篇研究通过VUZ试验中心32次列车通行实测数据（40-200 km/h），结合2.5D轨道-土壤耦合模型（含边界元法BE和多通道面波分析MASW），系统分析了速度与距离对振动传播的影响。创新性揭示了浅层软土-基岩结构对瑞利波（Rayleigh waves）和折射P波的调控作用，为列车制造商提供了基于力密度（force density）的振动评估框架，对轨道交通减振设计具有重要指导价值。

　　

Highlight

测量场地与配置

在捷克Velim的VUZ试验中心（图1）开展实地振动测试，该13.276公里环形试验轨道包含直线段和曲线段。沿5条平行测量线布置26个加速度计：5个冲击加速度计安装于轨头，5个通用加速度计位于轨枕边缘，16个地震加速度计分布于自由场。采用GPS同步技术确保时间信号精度，采样频率设为500Hz。

列车参数

测试对象为Alstom制造的Coradia Stream 'InterCity Nieuwe Generatie'（ICNG）电动车组（图3）。这个8节编组铰接式列车配备4个动力转向架和6个拖车转向架（图4），首尾车厢长度lv=27.5米，中间车厢26.9米，轴重16吨。通过参数化激励模型模拟转向架通过频率特性。

线源传递导纳（LSTM）

基于美国交通部FRA/FTA规范（附录B），采用锤击法在192米范围内17个冲击点（间距h=12米）测量轨道至自由场的传递函数。结果显示浅层软土（含地下水层）对频散瑞利波的传播具有显著调控作用，与2.5D模型预测结果高度吻合。

速度时程与窄带频谱

重点分析ICNG列车以80km/h和180km/h（分别对应5次和10次通行）通过时的轨枕边缘与自由场垂向响应。数值预测同时考虑准静态轴载和动态轴载（基于FRA6轨道不平顺谱），简化车辆柔度模型成功再现了<50Hz频段的振动特性。

力密度特征

图19展示了80/120/180km/h工况下测量线C所有接收点的力密度。根据FRA/FTA规程，该参数通过振动速度级与LSTM的差值间接确定。研究发现力密度谱在31.5-80Hz频段呈现速度依赖性，这对不同地质条件下振动预测的转换应用具有重要启示。

结论

测试揭示了8.8米厚浅层软土（Vs=120-240m/s）覆盖刚性基岩（Vs>800m/s）的特殊地层对振动传播的显著影响。2.5D轨道-土壤耦合模型（含边界元法BE）成功预测了振动速度级随距离的衰减规律，为列车制造商提供了基于现场测试的振动影响评估方法。该数据集对验证变速条件下的振动预测模型具有重要价值。