动力作用下锚杆格构支护土质边坡动态响应分析

地震边坡稳定性是岩土工程和地震工程中研究的重点问题之一。针对锚杆格构支护的均质土坡在地震荷载作用下的动力响应,通过振动台模型试验,分析了不同坡高地震加速度和速度响应规律、边坡位移特征及支护结构破坏特征,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:随着振动次数的增加,边坡模型自振频率逐渐降低;低频动荷载作用下坡体上部加速度响应最大,但随着振动频率的增加,放大作用降低,即边坡对低频振动波有放大作用,而对高频振动波却有滤波作用;振动频率较小时,坡体整体速度较大,但不同高度差异较小,破坏并不明显;振动频率接近模型边坡自振频率时,坡体上部速度最大,下部速度最小,且变化明显,破坏性最大;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,滑体和基体间相对位移上部较大;支护结构破坏时,上层锚杆和中层锚杆被拔出,上部格构发生严重隆起;虽然边坡做往复运动,但最终仍有一定相对位移;在设计支护结构时,要适当加长上部锚杆的长度,并且对中、上部格构进行补强。     

滑坡防治格构梁锚杆地震动力响应分析

针对锚杆格构支护的均质土坡在地震作用下的动力响应,通过振动台模型试验,研究锚固边坡在地震作用下的动力响应差别、不同坡高锚杆在地震作用下的受力机制,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:地震激励作用下,锚杆的动应变对低频、高量级加速度的地震波反应较为敏感;加速度量级由低→中→高变化时,锚固边坡中承担较大荷载作用的锚杆位置也发生着变化,对应的调整顺序为：中层→顶层→中层;地震强度足够大时,中层锚杆首先破坏,其次是底层锚杆。所以地震荷载作用下锚固边坡的设计不仅要遵循传统的设计思想“强腰固脚”,而且要对上部锚杆的锚头及坡面进行加强处理,防止受到地震浅表效应的影响;并应充分考虑大、小震作用下边坡动力响应的差异。研究结果为更加合理地进行锚杆抗震设计提供了良好的基础。     

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明：最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。     

考虑张裂缝的地震边坡屈服加速度计算方法研究

传统边坡地震稳定性分析方法鲜有考虑土体拉裂破坏引起的张裂缝。基于极限平衡-拟静力法建立了水平地震力和竖向地震力作用下的力与力矩平衡方程,运用变分理论获得其临界破坏面及其对应的正应力分布,考虑土体没有抗拉强度建立考虑张裂缝的地震边坡屈服加速度的闭合解答。张裂缝的出现会显著降低地震边坡的稳定性,对于垂直边坡将达到50%。当边坡坡度较大时,竖向地震力向下作用获得的屈服加速度更小,当边坡坡度较小时,竖向地震力向上作用获得的屈服加速度更小。     

季冻区隧道明洞边坡支护的ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟

为了研究季冻区冻胀对边坡及其支护的影响机理,采用有限差分软件ＦＬＡＣ^３Ｄ研究了冻胀对边坡位移、支护内力和塑性区的影响规律。经过计算模拟和实测数据的比较分析,结果表明：冻胀期间,支护面层位移的最大值发生在边坡顶位置和软弱泥岩层的位置;喷锚支护面层最大弯矩值在坡顶附近坡面的１／３位置;支护最大的轴力值和锚杆最大轴力差值在坡底附近坡面的５／６位置,冻胀加大了边坡土体的塑性区,并扩大到软弱泥岩层中     

地震扰动下边坡的浅表动力效应与锚固控制机理试验研究

针对汶川震区国道213线都江堰-映秀段道路边坡崩滑和岩土损伤深度所表现的地震扰动浅表动力效应现象,通过大型振动台模型试验,对浅表效应产生机理及防护工程锚固控制机制进行了初步研究.试验采用高2.1m的砂粘土单而坡模型和3种地震波形,定量分析对比了 0.253g、0.471g强震作用下3种典型高度原型边坡坡表与坡体内部的加速度放大率、动应变、振动主频等动力学响应量.由试验结果知,坡表的加速度放大率和振动主频平均较同高程坡体内部约大40%和45%,坡表的动剪应变及其与坡体内部间的动拉压应变量值显著,0.471g地震下峰值甚至高达6.5×10-3和2.2×10-3,均接近土体的极限应变.边坡浅表动力效应体现于浅表层与坡体内部间的不协调运动,拉-压动应变将产生剥离拉应力;同时与浅表层岩土动剪应变的反复揉搓作用相叠加,浅表层损伤积累及触发崩滑.对此,进一步通过锚固边坡与自然边坡的振动台模型试验对比,初步探讨了浅表动力效应的锚固控制机理,发现锚固结构能有效抑制坡表的加速度放大,提高坡体自振频率,试验中锚固边坡坡顶处加速度放大率较自然边坡小约15%～35%,自振频率提高近39%.分析锚固控制机理得:锚固后坡表自振频率提高,减轻地震波激励下的共振作用;锚固结构穿过浅层损伤破坏面将坡体内部与坡表连成整体,消除两者的不协调运动;锚固力抵消地震波在坡表反射造成的拉裂.论文研究可为汶川震区震后次生崩滑物源条件分析及边坡灾害防范深度提供一定的参考.     

岩质高陡边坡地震动力响应共性和差异性

以国道G213左侧两处典型的单面、双面岩质高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法CDEM,对高烈度地震作用下单面、双面高陡边坡上的滑体由变形累计到破坏滑动的全过程进行了模拟,并结合振动台试验结果,对单面、双面高陡岩质边坡的地震滑坡响应进行了研究.研究结果表明:单面、双面高陡边坡地震动力响应存在一定的共性和差异性.两者发生滑塌破坏的过程基本一致,即在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡.而两者在坡面、坡体加速度的高程放大效应、坡面加速度的傅里叶谱、反应谱等动力响应方面存在差异,说明了坡体形态、坡面角度对上述动力响应具有显著的影响.     

双排桩加固边坡地震动力响应分析

借助有限差分软件,模拟双排抗滑桩加固边坡在地震作用下的动力响应特性,重点对桩土的动力响应规律进行分析.结果表明,从坡脚到坡顶的坡面上水平加速度呈递增趋势,剖面水平加速度沿深度呈递增趋势.并分析了不同桩间距及排距下桩身动弯矩与动剪力的分布规律,以及桩间距改变对坡脚水平位移的影响,且确定出了较合理的桩间距.     

基于离心模型试验的岩质边坡敏感性研究

根据相似理论制作了均质岩质边坡模型,通过离心机增加边坡坡体容重再现边坡失稳过程,并对全长粘结锚杆应力进行监测来研究均质岩质边坡在不同加速度作用下的内部应力场变化规律、边坡破坏形式,并预测锚杆监测最佳位置。研究结果表明,在离心机分级加速过程中,各锚杆应力监测点应力曲线呈阶梯式增长趋势,且各监测点在700 s左右曲线出现反弯点,应力监测比位移监测提前;边坡破坏过程中,坡顶易出现拉裂缝,坡脚处易发生压剪破坏;在实际边坡稳定性监测中,宜选择坡脚附近的潜在滑动面处作为监测点。     

岩质边坡锚杆框架梁加固的有限元分析

针对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡,采用有限元数值计算方法分析了锚杆（索）框架梁加固岩质边坡的受力情况.得到了边坡位移场和应力场分布规律和锚杆（索）轴向力的大小.计算结果表明：实际工程中采用锚杆、预应力锚索加抗滑桩这种新型的复合式支护结构能有效地限制边坡的水平位移,提高边坡的稳定性,锚索的布置和预应力设计值大小显著影响坡体内部的位移及应力场分布,研究结论对岩质边坡的工程设计具有一定的借鉴意义.     

Limit analysis on seismic stability of anisotropic and nonhomogeneous slopes with anti-slide piles

This study employs the limit analysis method to evaluate the seismic stability of anisotropic and nonhomogeneous slopes stabilized with anti-slide piles. The pseudo-static approach is used to simplify the earthquake load. The yield seismic acceleration factor is obtained from the optimization procedure and the results are verified with the published data. Then, the seismically-unstable slope is reinforced with anti-slide piles, and the seismic stability of the reinforced slope is explored. The results show that the anisotropy and nonhomogeneity of soils have significant effects on the stabilizing force required from the anti-slide piles and the optimal location of the pile is near the toe of the slope.     

波浪和地震作用下高桩承台-土-结构动力响应

利用有限元软件ANSYS模拟高桩承台-土-上部结构在波浪和地震共同作用下的内力和变形,采用Morison方程计算波浪力,并对结构水平方向输入El-Centro波进行模拟,根据时程曲线分别选取初始状态和正负加速度最大状态对结构进行研究,研究了桩基础在波浪和地震共同作用下的位移、弯矩、剪力以及轴力的变化,并与地震单独作用下的结构动响应进行了对比分析。分析结果表明,在波浪和地震共同作用下,前排桩所受弯矩最大,同时,桩顶的受力最危险;桩顶轴力分布表现出角桩最大、中间桩最小的分布特征。当波浪力和地震力方向一致时,桩顶位移增大,桩身弯矩和桩顶剪力也随之增加;反之,当波浪力和地震力方向相反时,则桩顶位移减小,桩身弯矩和桩顶剪力也随之减小。     

Stress evolution and support mechanism of a bolt anchored in a rock mass with a weak interlayer

By applying experimental method, the bolt stress and supporting mechanism is studied during the deformation process of a rock mass containing a weak interlayer. The force measuring bolt is installed manually and instrumented five pairs of symmetrical strain gauges. The experimental results show that the fully grouted bolt suffers tensile, compressive, bending and shear stress at the same time. The bolt stress evolution is closely related to the deformation stages of the rock mass which are very gradually varying stage, gradually varying stage at the pre-peak and suddenly varying stage at the post peak stage.The axial compressive stress in the bolt is mainly induced by the moment. Thus, in most cases the axial compressive stress is distributed on one side of the bolt. For axial stresses, induced by the axial force and the bending moment at the post-peak stage, three types of changing are observed, viz. increasingincreasing type, decreasing-increasing type and increasing-decreasing type. The stress characteristics of the bolt section in the weak interlayer are significantly different from those in the hard rock. The failure models of the anchored bolt are tensile failure and shear failure, respectively. The bolt not only provides constraints on the free surface of the rock mass, but also resists the axial and lateral loading by the bending moment. This study provides valuable guidelines for bolting support design and its safety assessment.     

强震区近断层桥梁桩基础时程响应振动台试验

为进一步探明强震区近断层桥梁桩基动力时程响应规律,采用1g振动台模型试验,开展相同强度不同类型地震波作用下,近断层桥梁桩基加速度动力时程响应、桩顶相对位移动力时程响应、桩身弯矩动力时程响应及桩基损伤分析。结果表明：近断层桥梁桩基础的动力响应特征比无断层桩基更为明显,相比于非断层场地桥梁桩基础,近断层桥梁桩基加速度峰值、桩顶相对位移及桩身弯矩均较大。受发震断层及断层破碎带散体材料特性等因素的影响,改变了桩周土体半无限体性质,近断层桩基础桩顶加速度峰值出现时刻较为滞后,桩底加速度时程响应曲线规律与输入地震动更为接近,而桩顶加速度时程曲线振幅远大于桩底,且峰值出现时刻明显滞后于桩底和输入地震波;近断层桩基础桩顶加速度及相对位移时程响应在10s左右振幅较大,位移响应在30s作用开始衰减,此时段内桩基础动力响应特征最为明显;近断层桩基础桩身弯矩最大值均未超过其抗弯极限承载能力,且有20.36%~28.41%的抗弯承载能力富余;近断层桩基础基频没有发生变化,表明满足抗震设防烈度Ⅷ度的要求。综上所述,近断层桥梁桩基础抗震设计时,应考虑地震波频谱特性的差异对结构产生的影响,重点关注动力时程响应变化规律,根据多种类型地震波对近断层桥梁桩基础进行抗震分析与验算。     

大跨度连续刚构桥抗震性能分析与改造策略

结合一座大跨度连续刚构桥实例,分析了在地震作用下该种桥梁的地震反应,通过改造桥梁形式,减小结构地震力。分析表明,刚构桥的基本周期较短,地震力较大;改造成采用减隔震支座的连续梁桥后,墩柱的地震力明显下降,桩基的轴力也下降明显,但是对于桩基的弯矩减小不大,但是整体上改造后对抗震有利。     

横观各向同性在抗滑桩加固边坡中的应用

讨论了土体强度横观各向同性和非均质性,分析了考虑强度横观各向同性与非均质性边坡的计算方法。采用极限平衡法推导出考虑强度横观各向同性与非均质性边坡稳定计算公式,对安全系数计算方法中土体抗滑力矩与抗滑桩抗滑力矩计算公式进行了修正,得到了同时考虑土体强度横观各向同性与非均质性抗滑桩加固边坡的计算方法。通过实例验证,得到当假定水平粘聚力不变,在考虑土体强度横观各向同性时计算安全系数相对误差小于不考虑土体强度横观各向同性边坡。在实际抗滑桩加固边坡工程中考虑土体强度横观各向同性是必要的。     

浅埋偏压隧道边坡稳定性分析

基于有限元软件建立三维弹塑性模型，依托某隧道边坡工程，探讨了"锚杆+抗滑桩"联合支护参数对边坡稳定安全系数以及最大剪应变的影响，进而得到最佳支护方案。通过现场监测结合数值模拟，对比了有无该支护方案下边坡及隧道的围岩变形特征，利用抗滑桩应力与锚杆轴力的分布特征，再次明确该方案的支护效应。结果表明：最佳支护方案为方案A （抗滑桩14 m、锚杆14 m），支护后的边坡安全系数显著提高，抗滑桩与锚杆相比对边坡的安全系数影响更大；相较于无加固工况，联合支护下边坡的水平位移与竖直位移显著降低，土体变形区范围明显缩小；抗滑桩体主要承受压应力，最大值出现在桩中部，总体呈现"中端大，上下两端小"的分布模式；锚杆轴力随着锚固深度增加呈现线性减少趋势；隧道变形实测数据与数值模拟结果基本吻合，联合支护方案对控制隧道变形有显著效果。     

地震力作用下的黄土边坡稳定性分析

地震过程中,最大峰值加速度是一个随机量,不宜作为地震动特性的标志,因此,利用均方根加速度,计算相应的地震力,然后根据正弦函数曲线把地震力加载在不同土层的黄土边坡中.对黄土边坡在地震力作用下的安全性进行比较研究,为黄土边坡抗震设计提供参考依据.