道路交通致地表振动衰减规律实测与分析

邢万明，任青，赵晓斌

（上海理工大学环境与建筑学院，上海 200093）

为满足社会发展需求及科技进步，大型科学实验室不断建成。为使科研数据精度达标，除提高仪器本身精度外，需严格控制环境振动导致的误差[1]。随着城市化规模的不断扩大，道路交通的不断完善给人们的生产生活带来了极大便利，但也使得的环境振动问题日益严重，给人们的日常生活带来了许多危害，其中主要包括对精密设备造成的危害。

道路交通产生的振动引起了国内外学者的广泛关注。邹锦华[2]等对某两条道路进行了不同车型和车流量现场实测，对测试数据进行了VLz 振级、加速度峰值和频谱特性分析。袁玉卿[3]等为了解道路车辆产生的振动对古城墙的影响，进行现场实测，建立道路-土体-城墙有限元模型，研究不同工况条件下城墙的振动响应规律。Wang,Hongzhen[4]等进行了现场振动实测，并建立了车辆-基础-建筑结构的有限元模型，对隔振措施进行仿真。

1 现场测试

1.1 测试地点

为了解建设场地在道路交通荷载作用下的振动水平。综合考虑各种因素，选取建设场地附近道路进行现场测试。为保证振源的唯一性，在夜间进行单一车辆行驶的环境振动衰减测试。测试车型为小车，车重1.5t，车 速30km/h。在距离道路0m，10m，20m，30m，40m，60m，80m 处依次设置了P-1～P-7 七个测点，如图1 所示。周围无明显振源干扰。

图1 无名路测点布置图

图2 现场测试图

1.2 测试设备

本次测试使用东华测试公司研发的动态信号测试分析系统和磁电式加速度传感器，该传感器适合测试建筑物及地表的环境振动。由于场地原始土层振动频率一般不会高于100Hz，故本次测试采样频率为500Hz，以确保获取精确的数据结果。因测试场地地表不平整，把传感器放置在打入土体中的铁锥顶部平面上。

2 测试结果分析

2.1 频谱曲线分析

图3 给出了0m 与80m 测点的道路交通所致地面振动加速度响应的频谱曲线。从图中可以看出，道路交通产生的地面振动加速度主要频率集中在3～80Hz 之间。在0m测点处，三个方向的主导频率位于40～60Hz 之间。在80m测点处，三个方向的峰值频率分别出现在15Hz、5Hz 和14Hz 附近。对比80m 测点和0m 测点频谱曲线，可以发现随着测点距离的增加，道路交通所致地面振动加速度的能量明显降低。此外，随着距离的增加，受土体阻尼的影响，道路交通所致地面振动的主导频率逐渐向低频靠近。

图3 道路交通所致地面振动频谱曲线

2.2 位移RMS 值随距离衰减分析

将加速度时程数据按每1s 为1 个数据段进行位移RMS 值处理。由图4 可知，0m 处的X、Y、Z 三个方向的位移RMS 值峰值分别为69.53μm、123.44μm 和33.73μm，说明车辆产生的振动Y 向最大，Z 向最小，且三者相差较大。随着测试距离增加，位移RMS 值峰值不断减小，20m 处测点三个方向的位移RMS 值峰值分别6.34μm，10.86μm 和5.41μm，与0m 处测点相比，X、Y方向衰减程度超过了90%，Z 向衰减超过了80%。80m 处三向位移RMS值峰值分别为1.82μm，3.25μm和0.91μm，与20m 处相比X、Y 方向衰减了70%，Z 向衰减了80%。

图4 道路交通所致地面振动位移RMS 值峰值随距离衰减曲线

上述结果表明道路交通产生的振动位移RMS 值峰值在近场衰减较快，远场衰减较慢，这是因为近场振动以体波为主，远场振动以面波为主，而体波的衰减速率远大于面波。

3 结论

本文通过对某工程项目拟建区域地道路交通引起地表振动进行现场实测并分析测试数据，得到以下结论：

（1）在路面的侧向约束小于竖向约束时，道路交通引起环境振动的振动响应Z 向小于水平向；能量主要集中在Y 方向。

（2）道路交通产生的地面振动加速度主导频率集中在3～80Hz 之间，且道路交通致地表振动在近场主要为中频振动，在远场为低频振动。随着距离的增加，道路交通所致地面振动的主导频率与频率幅值逐渐降低。

（3）在道路交通荷载作用下，随着测试距离逐渐增加，位移RMS 值峰值不断减小；振动位移RMS 值峰值在近场衰减速度较快，远场衰减较慢。