多级支挡结构与边坡系统地震动力特性及抗震研究

发布时间：2018-05-02 13:28

  本文选题：多级支挡结构-边坡系统 + 地震动力特性　； 参考：《中南大学》2013年博士论文

【摘要】：依托铁道部科技研究开发计划课题“高陡边坡特殊支挡工程抗震技术研究”(编号：2008G028-D),以建设中的大瑞铁路为背景,对其沿线厚覆盖层与基岩边坡(简称基覆边坡)和厚覆盖层与顺层岩石边坡(简称顺层边坡)的多级支挡结构与边坡系统,在地震作用下的动力特性及抗震设计方法开展研究。基于大型振动台模型试验,对支挡结构的地震动力响应特性进行系统分析,并开展数值模拟验证工作。基于模型试验所采集到的动位移数据,开展支挡结构动位移模式的分析研究。基于塑性极限分析上限定理和强度折减技术,建立多级支挡结构地震动土压力的上限解,并开展多级支挡结构与边坡的地震动力稳定性分析,以及多级支挡结构抗震设计方法的研究。研究工作主要包括以下几个方面： (1)大型振动台模型试验方案设计 分别设计并完成相似比为1：8的3个基覆边坡和3个顺层边坡模型。根据相似关系理论,对大型振动台模型试验的相似关系进行设计,确定模型试验相似常数,确定模型试验的相似材料及其主要物理力学参数。以汶川波、大瑞波和Kobe波作为设计输入地震波,确定试验加载方案。 (2)支挡结构一边坡系统动力响应特性分析 分别对上述3个基覆边坡模型和3个顺层边坡模型,在不同地震波、激振加速度峰值及其激振方向下的加速度动力响应、动土压力响应、动位移响应和锚杆动应变响应等动力特性,进行了详细和系统的分析研究。在基覆边坡模型动力特性分析中,根据试验数据对支挡结构的动力响应特性进行对比分析,并分析其抗震性能。在顺层边坡模型动力特性分析中,根据试验数据对比分析了支挡结构在不同岩层倾角下的动力响应特性。 (3)支挡结构一边坡系统动力响应特性数值模拟 按平面应变问题,以汶川波XZ双向加载工况为例,采用有限差分软件FLAC3D进行数值分析。 在基覆边坡数值模拟中,主要针对重力式挡墙—基覆边坡的振动台试验模型,将数值模拟结果与振动台模型试验进行对比分析。在顺层边坡数值模拟中,模拟不同岩层倾角下的重力式挡墙的动力响应特性,并将数值模拟结果与振动台模型试验进行对比分析。 (4)支挡结构地震动位移模式研究 基于3个基覆边坡模型的大型振动台模型试验,根据各加载工况所采集到的地震永久位移响应数据,研究重力式挡墙、桩板式挡墙、格构式框架结构等支挡结构的地震动位移模式及其变化规律,得到支挡结构在地震波作用下,其动位移模式有：滑动(平动)、转动或滑动与转动的耦合等。 研究认为,挡墙动位移量、动位移模式及其变化方式,不仅受激振波、激振方式和激振加速度峰值的影响,还受到挡墙结构型式、不同支挡结构组合方式的影响。此外,通过动位移模式的研究,分析不同类型支挡结构的抗震性能。 (5)多级支挡结构动土压力及抗震设计方法研究 结合塑性极限分析上限法和强度折减技术,对多级支挡结构地震动土压力进行分析和研究,建立基于强度折减技术的多级支挡结构地震主动、被动土压力上限解。上限解考虑水平和竖向地震系数、墙背倾角、坡面形式及多级支护方式、上挡墙对下挡墙的影响、土体粘聚力、土体与墙背的粘附力等诸多因素,可适用于无粘性土和粘性土、复杂坡面等的地震土压力计算。 (6)多级、组合支挡结构与边坡系统的静动稳定性分析及抗震设计方法研究 将边坡安全稳定系数直接作为岩土体抗剪强度参数的折减系数,基于强度折减技术和极限分析上限法,对锚杆挡墙支护高边坡的三种方式,进行地震条件下的动力稳定性分析,根据正交试验设计法进行参数敏感性分析,并进行抗震设计方法的研究。通过实例分析,提出抗震设计方法与建议。
[Abstract]:Based on the seismic technology of special retaining and retaining engineering of high steep slope, based on the project of the science and technology research and development program of the Ministry of Railways (number: 2008G028-D), the multi-stage support structure of the thick overlay and the bedrock slope (abbreviated slope) and the thick overlay and the bedding rock slope (abbreviated slope) in the construction of the construction of the special retaining and retaining engineering of high steep slope The dynamic characteristics of the slope and the seismic design method under the earthquake action are studied. Based on the large-scale shaking table model test, the seismic dynamic response characteristics of the retaining structure are systematically analyzed and the numerical simulation verification is carried out. Based on the dynamic displacement data collected from the model test, the dynamic displacement mode of the retaining structure is carried out. Based on the upper limit theorem of plastic limit analysis and the technique of strength reduction, the upper bound solution of the seismic dynamic earth pressure of multistage retaining structures is established, and the seismic dynamic stability of the multistage retaining structure and the slope is analyzed, and the seismic design method of the multistage retaining structure is studied. The research work mainly includes the following aspects:
(1) design of model test scheme for large shaking table
3 base clad slopes and 3 CIS slope models with similar ratio of 1:8 are designed and completed respectively. According to the similarity relation theory, the similarity relation between the model test of large shaking table is designed, the similarity constant of the model test is determined, the similar material and the main physical force parameters of the model test are determined. The Wenchuan wave, the big ribo and the Kobe wave are used as the model test. The seismic wave is designed and the test loading scheme is determined.
(2) dynamic response characteristics of side slope system with retaining structure
The analysis of the dynamic characteristics of the above 3 base clad slope models and 3 CIS bedding slope models in different seismic waves, the acceleration response of the acceleration peak and the excitation direction, the dynamic response of the dynamic earth pressure, the response of the dynamic displacement and the dynamic response of the bolt are analyzed. The dynamic characteristics of the model of the overlying slope are divided. In the analysis, the dynamic response characteristics of the retaining structure are compared and analyzed according to the experimental data, and the seismic performance is analyzed. In the analysis of the dynamic characteristics of the bedding slope model, the dynamic response characteristics of the retaining structure under different rock layers are compared and analyzed according to the experimental data.
(3) numerical simulation of dynamic response characteristics of side slope system with retaining structure
According to the plane strain problem, taking the Wenchuan wave XZ bidirectional loading case as an example, the finite difference software FLAC3D is used for numerical analysis.
In the numerical simulation of the base clad slope, the numerical simulation results are compared with the shaking table model test. In the numerical simulation of the bedding slope, the dynamic response characteristics of the gravity retaining wall under the angle of different rock strata are simulated, and the numerical simulation results are compared with the vibration platform model. The type test was compared and analyzed.
(4) study on the mode of ground motion of retaining structure
Based on the large shaking table model test of 3 overlying slope models, based on the seismic permanent displacement response data collected by various loading conditions, the seismic displacement modes and their variation laws of gravity retaining walls, pile plate retaining walls and lattice frame structures are studied, and the dynamic displacement modes of the retaining structure under the action of seismic waves are obtained. Type: sliding (translational), rotation or sliding and rotation coupling.
It is considered that the dynamic displacement and dynamic displacement mode of the retaining wall are influenced not only by the excited vibration wave, the mode of excitation and the peak of the excitation acceleration, but also by the structure type of the retaining wall and the combination of different retaining structures. In addition, the seismic performance of different types of retaining structures is analyzed by the study of the dynamic displacement mode.
(5) study on dynamic earth pressure and aseismic design method of multilevel retaining structure
Combined with the upper limit method of plastic limit analysis and the strength reduction technique, the seismic dynamic earth pressure of multistage retaining structures is analyzed and studied. The seismic initiative of multistage retaining structures based on strength reduction technology is established, and the upper bound solution of the dynamic earth pressure is obtained. The upper bound solution considers the horizontal and vertical seismic coefficients, the slope angle of the wall, the form of the slope and the multistage support mode. The influence of the retaining wall on the retaining wall, the cohesive force of the soil, the adhesion of the soil to the back of the wall, and so on, can be applied to the calculation of the seismic soil pressure of the cohesionless soil and the clayey soil, the complex slope and so on.
(6) static and dynamic stability analysis and aseismic design method of multilevel combined retaining structure and slope system.
The slope safety and stability coefficient is directly used as the reduction factor of the shear strength parameters of rock and soil. Based on the strength reduction technique and limit analysis upper limit method, the dynamic stability analysis of the three kinds of high slope supported by the bolt retaining wall is carried out under the earthquake condition, and the parameter sensitivity analysis is carried out according to the orthogonal test design method, and the seismic design is carried out. The methods and suggestions for aseismic design are put forward through case studies.

【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU435

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