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地震荷载下高陡岩石边坡的动力响应及稳定性研究

作　者: 邓云超
导　师: 赵明阶
学　校: 重庆交通大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 高陡岩石边坡地震荷载动力响应稳定性分析
分类号: TU45
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

边坡工程是岩土工程领域中的重要研究课题，涉及方面比较广，目前用于计算岩石边坡稳定性的静力计算方法已经比较成熟，而边坡稳定的动力分析方面研究还不够成熟。本文在相关领域已有研究成果的基础上，依托云南省交通厅科技项目：云南强震山区二级公路建设低成本适用技术研究与工程示范，针对岩石高陡边坡在地震荷载下的动力响应规律及稳定性开展了一些较深入的研究工作：1.根据高陡边坡不同类型的特点，对比边坡防护的传统方案，给出边坡防护的低成本防护技术方案。2.根据动力时程分析原理，借助ANSYS有限元程序，通过对普通岩石边坡和含软弱夹层的岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应规律进行了分析，揭示边坡在地震作用下的变形、速度、加速度与应力分布特性。分析了坡高、坡角、软弱结构面倾角以及厚度对边坡稳定性的影响。采用合成的地震波作为边坡动力稳定性评价的输入，采用动力安全系数，对高陡边坡进行了地震稳定性分析。3.利用非线性弹塑性模型,采用基于摩尔-库伦等面积屈服准则的强度理论,对静力状态下和动力状态下边坡支护前后的位移、速度及应力、应变进行分析,对锚固框架结构和边坡岩体的相互作用进行数值模拟,通过对锚固系统中锚杆长度的控制，对锚杆的轴力、剪应力及剪应变进行了分析，得到了有益的结论，对边坡锚喷支护工程优化设计具有一定的指导意义。4.预应力锚索框架结构所产生的加固作用对不同的病害具有不同的特点，根据这些不同的特点，参考数值模拟结果，对于崩塌滑坡，提出了不同的相应边坡灾害的整治措施，并给出了工程实例中的建议方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-16
  1.1 论文选题依据及研究意义  9
  1.2 国内外研究现状和发展动态  9-13
    1.2.1 边坡稳定性研究的国内外发展现状  9-10
    1.2.2 地震荷载下边坡稳定性的研究方法  10-13
  1.3 现有研究存在的问题  13-14
    1.3.1 地震荷载作用下岩质边坡稳定研究存在的问题及发展趋势  13
    1.3.2 边坡动力问题研究存在的不足  13-14
  1.4 论文主要研究内容及方法  14-16
第二章云南保山施孟二级公路边坡工程概况  16-32
  2.1 自然地理与地质状况  16-17
    2.1.1 地理位置  16
    2.1.2 气象  16-17
    2.1.3 地形地貌  17
  2.2 工程地质条件及水文地质条件  17-20
    2.2.1 工程地质条件  17-19
    2.2.2 工程水文地质条件  19-20
  2.3 各类边坡特点及防护方案  20-30
    2.3.1 项目背景  20-21
    2.3.2 边坡特点和防护方案  21-30
  2.4 边坡防护工程中存在的主要问题  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章地震荷载下边坡研究的相关理论  32-46
  3.1 地震作用下边坡稳定性的影响因素分析  32-35
    3.1.1 地质背景的影响  32-33
    3.1.2 岩体结构类型的影响  33-34
    3.1.3 岩性组合的影响  34
    3.1.4 水文地质条件的影响  34-35
    3.1.5 地形地貌的影响  35
  3.2 岩体本构模型  35-36
    3.2.1 弹性本构模型  35
    3.2.2 弹塑性本构模型  35-36
  3.3 边坡稳定性评价方法  36-39
    3.3.1 点强度安全系数法  36-38
    3.3.2 强度储备安全系数法  38
    3.3.3 超载储备安全系数法  38-39
    3.3.4 下滑力超载储备安全系数法  39
  3.4 边坡动力有限元分析理论  39-45
    3.4.1 非线性问题处理办法  40
    3.4.2 边界条件的选取  40-41
    3.4.3 阻尼的选取  41-42
    3.4.4 地震荷载的输入  42
    3.4.5 地震作用有限元计算原理  42-44
    3.4.6 三维非线性有限元分析程序的特点及功能  44-45
    3.4.7 动力有限元模拟步骤  45
  3.5 本章小结  45-46
第四章边坡的动力响应规律及稳定性分析  46-83
  4.1 边坡动力模型的建立  46-49
    4.1.1 计算模型及岩体物理力学参数选取  46
    4.1.2 计算模型边界条件的设定  46-47
    4.1.3 边坡自振频率  47
    4.1.4 阻尼参数的确定  47
    4.1.5 地震波的选取及时程的输入  47-49
    4.1.6 数值模型建立  49
  4.2 边坡动力响应的一般规律及结果分析  49-64
    4.2.1 边坡内部质点位移随时间的变化规律  49-54
    4.2.2 边坡内部质点运动速度随时间的变化规律  54-58
    4.2.3 边坡内部质点运动加速度随时间的变化规律  58-62
    4.2.4 地震作用下动应力分布特征  62-64
  4.3 各种因素对动力响应规律的影响  64-75
    4.3.1 坡高对动力响应影响规律  64-67
    4.3.2 坡角对动力响应影响规律  67-70
    4.3.3 夹层倾角对动力响应影响规律  70-73
    4.3.4 夹层厚度对动力响应影响规律  73-75
  4.4 基于动力时程的边坡动稳定性分析  75-81
    4.4.1 确定滑动面上的正应力和剪应力  75-76
    4.4.2 稳定性评价  76-77
    4.4.3 计算采用模型及结果分析  77-79
    4.4.4 安全系数影响因素分析  79-81
  4.5 本章小结  81-83
    4.5.1 均质岩石边坡动力响应规律  81
    4.5.2 含有软弱夹层的岩质边坡动力响应规律  81-83
第五章保山二级公路边坡加固方案研究及建议措施  83-100
  5.1 边坡岩体支护加固理论概述及模拟方法  83-85
    5.1.1 边坡支护理论概述  83
    5.1.2 边坡加固模拟方法  83-84
    5.1.3 锚固框架加固机理  84-85
  5.2 保山施孟二级公路某标段地质特征  85
  5.3 布置方案的选择和优化  85-86
  5.4 边坡支护的有限元模拟分析  86-89
    5.4.1 单元选取  86-87
    5.4.2 模型建立  87-89
  5.5 数值模拟结果与分析  89-97
    5.5.1 模型说明  89-94
    5.5.2 模拟结果对比分析  94-97
  5.6 边坡整治措施及防护加固方案建议  97-98
    5.6.1 边坡整治措施  97-98
    5.6.2 防护加固方案建议  98
  5.7 本章小结  98-100
第六章结论与展望  100-102
  6.1 结论  100-101
  6.2 存在的不足与展望  101-102
致谢  102-103
参考文献  103-106
在校期间发表的论著及取得的科研成果  106

地震荷载下高陡岩石边坡的动力响应及稳定性研究

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