含单一弱面锚固岩质边坡动力反应分析

论文摘要

我国幅员辽阔,山区面积大,尤其是我国西部地区分布着大量自然边坡和人工边坡。近年来,地球地壳活动频发,我国发生了多起破坏力极强、作用面积极广的大地震,对我国山区建筑和人民的生命有着巨大威胁。为了响应社会和工程的需求,边坡的动力响应研究已成为边坡工程及其相关领域的热点课题。本文首先总结国内外学者对岩质边坡动力稳定性影响因素的研究,发现地震作用下边坡的失稳,受多种因素影响,其中直接因素是地震作用。按岩体结构类型对岩质边坡进行分类,并研究动力作用下岩质边坡破坏模式,针对含单一弱面岩质边坡沿结构面滑动进行动力反应分析。基于向家山滑坡工程实例建立含单一弱面岩质边坡概化模型。对常见支护结构抗震性能进行分析,发现锚杆（索）加固岩质边坡效果良好,故采用预应力锚索对含单一弱面岩质边坡进行支护。通过FLAC3D对含单一弱面锚固岩质边坡动力稳定性进行分析,总结归纳边坡动力响应规律,为含单一弱面锚固岩质边坡计算模型的简化假设提供理论基础。基于拟静力法和动力学原理建立动力作用下含单一弱面锚固岩质边坡运动平衡方程,利用解析法求解边坡滑移面处的位移解和锚杆轴力解,提出一种可适用的锚杆轴力计算公式。并针对地震动参数和锚固参数对边坡滑移面处位移峰值的影响进行分析。最后总结归纳含单一弱面锚固岩质边坡动力响应规律,为边坡抗震设计提出几点优化意见。主要研究结论如下:⑴边坡稳定性影响因素总体上可分为内因和外因。内因主要有边坡地形地貌、地质构造和岩土体性质;外因主要降雨、地震和工程活动等一系列外部条件。锚杆（索）加固岩质边坡效果良好,其加固体系失效控制界面为注浆体与岩石界面。⑵利用FLAC3D研究含单一弱面锚固岩质边坡动力响应规律,得出锚索能有效提高边坡整体抗震性能。加速度放大系数随加速度峰值增大而减小,当地震频率靠近边坡自振频率时,加速度响应较大;波形和持时对加速度放大系数影响较小。⑶加速度放大系数随锚固段长度增大而减小,随锚固间距增大而增大,对锚固倾角不敏感。当地震强度较小时,锚杆轴力在坡腰附近取得最大,随着地震强度增大,坡顶锚杆内力迅速上升,最后与坡腰位置同为最大。⑷基于理论计算公式,对地震动参数和锚固参数对边坡滑移面处位移峰值的影响进行分析。得出位移峰值随加速度峰值增大而增大,当地震频率与边坡自振频率靠近时,滑移面处位移峰值最大。Taft波作用下滑移面处位移峰值最大,EL波次之,Kobe波最小。滑移面处位移峰值随锚固段长度增大而减小,随锚固间距增大而增大,对锚固倾角不敏感。本文从数值模拟和理论分析两个方面对含单一弱面锚固岩质边坡动力反应进行分析。总结归纳含单一弱面锚固岩质边坡动力响应规律,针对地震动参数和锚固参数对边坡动力响应的影响进行分析,可为岩质边坡动力响应研究和抗震设计提供参考依据。

论文目录

摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 含单一弱面岩质边坡动力破坏模式

1.2.2 含单一弱面岩质边坡动力影响因素

1.2.3 含单一弱面岩质边坡动力分析方法

1.2.4 锚固岩质边坡动力响应

1.3 本文研究内容及思路

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究思路

2 岩质边坡动力稳定性影响因素及破坏模式研究

2.1 影响边坡动力稳定性的内因

2.1.1 边坡地形地貌

2.1.2 边坡地质构造

2.1.3 边坡岩土体性质

2.2 影响边坡动力稳定性的外因

2.2.1 水的影响

2.2.2 地震波性质的影响

2.2.3 风化作用的影响

2.2.4 坡面植被的影响

2.2.5 工程活动的影响

2.3 岩质边坡动力破坏模式

2.4 常见支护结构抗震性能调查

2.4.1 重力式挡墙

2.4.2 抗滑桩

2.4.3 防护网及喷射混凝土

2.4.4 锚杆及锚索

2.4.5 锚杆（索）加固体系失效模式

2.5 含单一弱面岩质边坡概化模型及支护设计

2.5.1 原型边坡工程概况

2.5.2 边坡概化模型

2.5.3 预应力锚索支护设计

2.6 本章小结

3 含单一弱面锚固岩质边坡动力稳定性分析

3.1 FLAC3D基本原理

3.1.1 FLAC3D边坡失稳判断方法

3.1.2 Mohr-Coulomb屈服准则

3.2 基于FLAC3D数值分析模型

3.2.1 模型的建立

3.2.2 本构模型和材料参数

3.2.3 边界条件及监测点布置

3.2.4 地震波的选取

3.2.5 阻尼形式

3.2.6 分析方案

3.3 锚固前后边坡动力响应对比分析

3.3.1 位移对比

3.3.2 剪应变增量对比

3.3.3 加速度对比

3.4 地震动参数影响分析

3.4.1 加速度峰值

3.4.2 频率

3.4.3 持时

3.4.4 地震波波形

3.5 锚固参数影响分析

3.5.1 锚固段长度

3.5.2 锚固间距

3.5.3 锚固倾角

3.6 锚索轴力动力响应分析

3.6.1 加速度峰值的影响

3.6.2 频率的影响

3.6.3 地震波波形的影响

3.7 本章小结

4 简谐激励下锚固岩质边坡受力分析

4.1 地震力的传递

4.1.1 整体分析

4.1.2 锚杆与岩体间地震力的传递

4.2 计算模型建立与求解

4.2.1 边坡动力稳定性分析

4.2.2 计算模型简化假设

4.2.3 动力分析模型及运动平衡方程

4.2.4 运动方程求解

4.3 运动方程求解

4.3.1 水平简谐振动下运动方程求解

4.3.2 竖直简谐振动下运动方程求解

4.3.3 水平和竖直简谐振动下运动方程求解

4.3.4 地震作用下运动方程求解

4.3.5 激振力的选取

4.3.6 参数取值

4.3.7 算例分析

4.4 地震动参数影响分析

4.4.1 加速度峰值

4.4.2 频率

4.4.3 地震波波形

4.5 锚固参数影响分析

4.5.1 锚固间距

4.5.2 锚固段长度

4.5.3 锚固倾角

4.6 对比分析与优化意见

4.6.1 对比分析

4.6.2 优化意见

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

学位论文数据集

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈琪睿

导师: 许明,罗斌

关键词: 锚杆支护,岩质边坡,动力响应,参数分析

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 重庆大学

分类号: TU45

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000793

总页数: 109

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