地震作用下土质边坡—锚固结构动力响应及相互作用研究

发布时间：2017-10-24 07:18

  本文关键词：地震作用下土质边坡—锚固结构动力响应及相互作用研究

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【摘要】：地震作用下的边坡稳定性是岩土工程界和地震工程界长期关注的课题之一。保证边坡在地震作用下的稳定性是多年来众多学者一直致力研究的问题。其中,锚杆支护作为一种有效的边坡支护措施,在抗震方面优势显著。论文以锚杆格构支护土质边坡为对象,采用振动台模型试验和数值模拟方法,研究了地震作用下支护边坡的动力响应以及锚杆格构的受力特征。得出如下结论:(1)引用入PGA放大系数,得出锚杆格构支护土质边坡不同高度的加速度响应特征:不同振动频率时,坡体加速度响应具有明显差异;低频振动时,边坡由下至上PGA系数增大,且放大作用明显;高频振动时,坡体整体放大作用明显降低,腰部降低更明显,且幅值越大,降低越明显。(2)锚杆在动荷载作用过程中发生弯曲变形,使得锚杆应力值较大。动荷载强度较小(加速度峰值为0.1g和0.2g)时,中层锚杆应力值最大,底层锚杆应力值最小;动荷载强度较大(加速度峰值为0.3g和0.4g)时,底层锚杆较弯曲,应力值最大,顶层锚杆应力值最小。但顶层锚杆被拔出长度最长,底层锚杆拔出长度最短,因此顶层锚杆受到的拉拔力最大。(3)锚杆格构支护边坡的瞬间水平位移最大值位于坡顶处,并沿深度方向呈减小趋势,而水平永久位移值则位于坡脚处,坡顶主要表现为塌陷即竖向位移。动荷载作用过程中,滑坡体的变形模式表现为旋转位移和水平位移。(4)动荷载强度较小时,边坡内锚杆和坡表格构梁的动应变值在正负值之间波动;但当荷载强度较大达到破坏荷载时,坡体发生较大相对位移,支护结构发生较大变形,应变值变化则发生无规律的波动。(5)相同频率、相同峰值加速度作用下,纵、横向格构梁承担的荷载水平仍然是基本相当的。对于横向格构,中层格构的受力相对较大一些;同一层格构,中间受力较大。对于纵向格构,中间格构受力相对较大;同一列格构,受力初始阶段和受力后期的应力分布是截然不同的,初始阶段表现为格构梁中部应力值较大,而受力后期则与锚杆连接部位应力值较大。(6)边坡速度、加速度以及锚杆的应力最大值均出现在荷载作用初期,之后趋于稳定,说明地震的破坏作用往往出现在地震的起始阶段。(7)动荷载作用过程中各层锚杆的应力峰值均随荷载作用时间持续而增大,因此地震持续时间越长,锚杆与土体之间的粘结力就越容易被破坏,对锚固结构破坏越严重。
【关键词】：边坡稳定性 土质边坡 地震作用 动力响应 振动台试验 锚杆 格构
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU435
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-22
• 1.2.1 边坡动力稳定性分析研究现状11-18
• 1.2.2 地震作用下边坡锚固措施的设计方法及抗震性能18-20
• 1.2.3 地震作用下土质边坡变形破坏模式20-21
• 1.2.4 目前研究中存在的问题21-22
• 1.3 论文研究的主要内容及技术路线22-24
• 第二章 边坡动力响应模型试验总体设计24-30
• 2.1 引言24
• 2.2 模型试验设计24-30
• 2.2.1 设计思路24
• 2.2.2 模型材料24-25
• 2.2.3 模型制作25-26
• 2.2.4 测试方案26-27
• 2.2.5 输入波形及加载方案27-30
• 第三章 土质边坡的动力响应模型试验研究30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 低应变动力响应30-31
• 3.3 边坡位移及变形31-33
• 3.3.1 Z向振动31
• 3.3.2 X向振动31-33
• 3.4 边坡加速度及速度响应分析33-36
• 3.4.1 加速度响应33-35
• 3.4.2 速度响应35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 锚杆格构支护结构动力响应模型试验研究38-57
• 4.1 引言38
• 4.2 锚杆动力响应规律及破坏特征38-44
• 4.2.1 锚杆的轴向动应变响应特征38-39
• 4.2.2 锚杆轴向应变峰值分布规律39-43
• 4.2.3 锚杆的变形破坏特征43-44
• 4.3 格构动力响应规律及破坏特征44-55
• 4.3.1 水平Z向振动荷载作用下动应变峰值分布规律44-46
• 4.3.2 水平X向振动荷载作用下动应变峰值分布规律46-55
• 4.4 锚固体系抗震机理及设计建议55-56
• 4.4.1 格构锚杆支护结构加固机理55
• 4.4.2 设计建议55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 锚杆格构支护边坡动力响应数值分析57-88
• 5.1 引言57
• 5.2 模型的建立57-60
• 5.2.1 模型尺寸及单元划分57-58
• 5.2.2 材料参数及计算本构模型58-59
• 5.2.3 边界条件及加载方式59-60
• 5.2.4 材料阻尼60
• 5.3 正弦波作用下边坡的动力响应分析60-76
• 5.3.1 边坡位移分析60-65
• 5.3.2 边坡加速度动力响应分析65-72
• 5.3.3 边坡速度动力响应分析72-76
• 5.4 地震波作用下边坡及支护结构的动力响应分析76-86
• 5.4.1 锚杆的动力响应分析76-84
• 5.4.2 格构的动力响应分析84-86
• 5.5 本章小节86-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 6.1 主要研究成果与创新点88-89
• 6.1.1 主要研究成果与结论88-89
• 6.1.2 主要创新点89
• 6.2 进一步研究展望89-90
• 参考文献90-97
• 攻读学位期间取得的研究成果97-98
• 致谢98

【参考文献】

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本文编号：1087663