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地震荷载作用下预应力锚索加固石窟围岩的动力响应研究

作　者: 秋仁东
导　师: 石玉成
学　校: 中国地震局兰州地震研究所
专　业: 构造地质学
关键词: 石窟震害特征预应力锚索抗震加固动力有限元法
分类号: TU457
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 265次
引　用: 4次
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内容摘要

在漫长的历史岁月中,石窟寺经过千百年的风吹沙打,水泡雨淋,阳光曝晒,地震活动以及人类的破坏以后,产生了多种病害,这必然给石窟的抗震安全性留下了许多潜在的隐患。近些年我国的地震活动总体呈上升势态,许多石窟位于地震活动较强烈的地区,因此开展石窟围岩动态损伤特性研究,对于石窟文物的抗震防护具有重要意义。本文的研究内容主要涉及以下三个方面:(1)本文分析了石窟的震害特征和所在边坡的失稳影响因素,采用静态理论分别对没加固的、挡墙加固的、锚杆加固的石窟岩体进行了抗震性能分析,并且对不同加固类型石窟的抗震稳定性分析方法进行了探讨。(2)目前对于石窟边坡的锚索加固研究尚无系统的理论和方法,本文以安西榆林石窟为例,提出了一种通过反演(C,Φ)值来设计加固石窟边坡的方法。对于在未知岩体的抗剪强度(C,Φ)值的条件下来设计加固石窟边坡,该方法的提出具有一定的理论意义和应用价值。(3)以大型ADINA有限元分析软件为基础,编制了预应力锚索材料的非线性有限元计算程序模块,研究石窟在地震作用下的稳定性问题。选取能代表石窟整体结构的三个不同剖面作为有限元计算模型,并采用不同工程特性的地震动加速度时程作为荷载输入。通过对不同地震动峰值加速度(PGA)、不同频谱、不同持时作用下,锚索加固洞窟围岩的位移场和应力场特征的研究,探讨了不同地震动作用下,洞窟的结构及洞窟之间的组合关系对围岩动态损伤及稳定性的影响。通过瞬态分析,指出了石窟结构在地震荷载作用下的薄弱部位,并且给出在易被破坏位置上的节点的位移时程和易被破坏位置上的单元的主拉、主压应力时程曲线。计算结果表明地震作用下薄弱部位多数发生在石窟的角点附近,采用合理的预应力锚索加固技术可以有效提高石窟岩体的抗震安全性。本论文得到科技部社会公益研究专项(2002DIB20062)的资助

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-24
  1.1 研究目的和意义  10-13
  1.2 国内外研究现状和方法  13-22
    1.2.1 危岩失稳模式  13
    1.2.2 危岩稳定性计算方法  13-16
    1.2.3 国内外锚固技术与理论研究的发展现状  16-22
  1.3 本文的研究内容与创意  22-24
第二章地震荷载作用下石窟的震害特征及抗震加固  24-31
  2.1 石窟的震害特征  24-25
    2.1.1 滑坡形式的破坏  24
    2.1.2 石窟前土体塌落  24-25
    2.1.3 石窟内前段土体坍塌  25
    2.1.4 窟顶岩体坍塌  25
    2.1.5 石窟壁土体塌落  25
  2.2 石窟所在边坡失稳因素  25-26
  2.3 石窟的抗震性能验算  26-28
    2.3.1 地震系数 K 的确定  26
    2.3.2 没有加固条件下石窟窟脸的稳定性计算  26-27
    2.3.3 石窟挡墙的稳定性计算  27-28
    2.3.4 锚杆加固石窟边坡的稳定性计算  28
  2.4 讨论  28-30
  2.5 结论  30-31
第三章榆林窟的赋存环境及岩土工程问题防治  31-46
  3.1 引言  31
  3.2 榆林窟的地质环境  31-38
    3.2.1 榆林窟的区域地质环境  31-35
    3.2.2 地形地貌  35-37
    3.2.3 地层特征  37-38
    3.2.4 岩石特征  38
  3.3 水文环境  38-39
  3.4 地震环境  39-40
  3.5 榆林窟现存的岩土工程问题  40
    3.5.1 裂隙发育  40
    3.5.2 崖面风化  40
    3.5.3 冲沟发育  40
    3.5.4 窟顶降水入渗  40
  3.6 工程措施  40-46
    3.6.1 锚索加固工程  42
    3.6.2 裂隙灌浆工程  42-43
    3.6.3 风化崖面的加固  43
    3.6.4 窟顶防渗层建造  43
    3.6.5 冲沟的整治  43-46
第四章锚索加固石窟边坡的一种设计方法的探讨  46-54
  4.1 引言  46
  4.2 一种锚索设计方法的探讨  46-54
    4.2.1 榆林窟现存的岩土工程问题  46-47
    4.2.2 危险石窟边坡的加固和稳定性分析  47-51
    4.2.3 讨论  51-52
    4.2.4 结论  52-54
第五章地震荷载作用下锚索加固石窟岩体的动力响应分析  54-100
  5.1 动力有限元法基本原理  54-56
  5.2 有限元计算中相关问题的处理  56-60
    5.2.1 锚索模型计算原理  56-57
    5.2.2 初始地应力的处理方法  57-58
    5.2.3 锚索对裂隙岩体刚度矩阵的贡献  58-60
  5.3 地震动的工程特性  60-62
  5.4 各工程岩组力学性质  62
  5.5 计算模型的建立  62-65
  5.6 人造地震荷载下锚索加固石窟岩体的计算结果分析  65-68
    5.6.1 人造地震荷载下位移的动力相应综合分析  65-66
    5.6.2 人造地震荷载下应力的动力响应综合分析  66-68
  5.7 真实地震动作用下锚索加固石窟岩体的动力响应研究的探讨  68-100
    5.7.1 输入真实地震动的确定  68-69
    5.7.2 正演分析  69
    5.7.3 问题的提出  69
    5.7.4 问题的解答——傅立叶变换  69-71
    5.7.5 地震荷载下洞窟围岩的应力集中分析  71-100
第六章结论与讨论  100-103
  6.1 结论  100-101
  6.2 讨论  101-103
参考文献  103-107
攻读硕士期间参加项目  107
攻读硕士期间发表论文  107-108
致谢  108

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