含软弱夹层锚框支护边坡的地震响应研究

以漳州招银高速MK10+250段含软弱夹层岩质边坡的锚框支护工程为原型,设计了1/30缩尺模型边坡,开展了20种工况的模拟地震动试验,重点关注坡体高程、地震动幅值对PGA放大系数和PEP震荡系数的影响。坡内和坡面各测点处PGA放大系数,均呈现出明显的高程效应;但由于软弱夹层的隔震作用和锚框支护的加固作用,使得边坡加速度响应更趋于整体性,不表现出明显的鞭梢效应。坡内和坡面各测点处PGA放大系数,随着输入地震动幅值的增大呈线性减小或指数型减小。各测点处PEP震荡系数随埋深增大呈近似线性增加,随地震动幅值增大呈非线性增加;并且在高烈度工况下,指向坡外方向的附加水平压力大于指向坡内方向。通过对边坡表观破坏特征的描述,发现表观破坏主要集中在软弱夹层上部坡体中,尤其是坡顶表层出现了贯通裂缝;但由于锚索-框架支护的加固作用,其边坡并未沿软弱夹层发生整体性失稳。

基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析

考虑水平地震力作用与锚框支护作用,分析微分形式的土条受力平衡,推导积分形式的滑体极限平衡,编程搜索求解相应方程组,提出一套基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法。利用本文所述方法与数值模拟方法,分别计算了某高速公路锚框支护边坡的动力稳定安全系数,两者结果基本相同。进一步探讨了平均锚固力和地震作用系数对该边坡动力稳定安全系数的影响。本文所述基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析方法,具有考虑因素全面、计算工作量小的优点,能够为边坡工程的初步设计,包括坡形设计、锚杆优化、抗震验算等,提供一种较为准确的简便计算手段。

含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4~7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.

季冻区框锚支护边坡变位多场耦合分析

为了探究冻融荷载作用下框锚支护边坡的温度、水分、应力场以及锚杆内力的变化,基于传统水热力耦合方程,建立了考虑排水与补水条件的水热力耦合方程。通过COMSOL软件PDE和固体力学模块接口实现温度、水分及应力场的耦合求解,从而建立框锚支护边坡的多场耦合计算模型,较好地反映了冻融过程中各物理量变化规律。进一步结合室外试验,对比分析冻融期内土体温度、位移、未冻水以及锚杆内力等的监测值与计算值,结果表明:冻结期内,未冻水含量沿地表向下由小到大分布,地表温度变化对土体温度最大影响深度约为2.5 m,导致在融化期出现了2条与地表接近平行的融化带,致使未冻水含量由地表向下由大到小再由小到大分布。由应力分布云图得知,支护前在冻结期边坡没有剪应力集中发展趋势,处于稳定状态;在融化期,土体融沉导致在坡顶和坡地面出现明显的剪应力集中,边坡处于不稳定状态;支护后剪应力集中现象消散,表明支护效果良好。在整个冻融期内,锚杆轴力在冻结期增量最大,在融化期轴力大幅度下降但仍比初始时大,说明坡体发生了永久变形,冻胀变形对锚杆内力影响不容忽视,类似土质气候地区边坡工程中需给予重视。

地震激励下某土岩二元结构边坡锚索轴力响应探析

以某预应力锚索-框架支护土岩二元结构边坡为依托,借助FLAC3D5.0软件进行地震作用数值模拟,对不同工况的锚索轴力响应进行分析。结果表明,边坡在地震作用下的稳定性与锚索轴力变化过程正相关;地震波强度较小时,由于边坡的自稳作用,在地震惯性力作用下,锚索不但无法发挥抑制作用,反而会出现预应力损失;地震波强度较大时,边坡滑裂趋势位置处的锚索瞬间响应,轴力迅速增大,从而抑制边坡滑移破坏;岩石与土体材料的刚度和阻尼在土体与岩石相交面位置处发生突变,可以判定交界处相对较薄弱或可能为剪出口。

地震作用下锚索框架梁边坡的振动台模型试验研究

以海西福永高速公路某标段预应力锚框支护土岩二元结构边坡工程为依托,通过模型试验法在大型振动台作用下对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡的地震响应规律进行了研究。结果表明:沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势,表现出明显的"趋表效应"和"鞭梢效应";地震强度等级较高情况下,土体的塑性特征非常明显;地震波频谱特征不同导致加速度峰值放大系数存在差异并随坡高变大而呈现变小的趋势,最终在边坡坡顶处逐渐趋于一致。

考虑含水率影响的花岗岩残积土边坡地震响应分析

基于室内直剪试验,得到不同含水率下花岗岩残积土的强度参数,并采用有限差分软件研究了花岗岩残积土边坡在不同含水率(13%、17%、21%、25%)和地震加速度峰值(0.05g、0.1g、0.2g、0.4g)下的位移场、加速度场和锚杆轴力变化规律。结果表明:在EL波作用下,边坡水平位移主要集中在残积土层内。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处坡体水平位移越大;PGA放大系数随着坡高的增加而增大,且表现为趋表放大效应。含水率越高、地震峰值加速度越小,同一位置处PGA放大系数越大;预应力锚杆最大轴力位于锚头处,且轴力沿自由段变化较小,而在内锚段由始端向末端逐渐减小。含水率越高、地震峰值加速度越大,同一位置处锚杆轴力越大。当地震加速度峰值较小时(PGA=0.05g),坡脚处锚杆轴力最大,当地震加速度峰值较大时(PGA=0.4g),坡顶处锚杆轴力最大。

基于振动台模型试验的二元结构边坡地震动力响应研究

在强震区,地震诱发边坡失稳等地质灾害的安全隐患十分突出。同时,针对由上覆松散堆积物和下卧基岩构成的土岩二元结构边坡,其地震作用下动力响应的相关研究仍较为少见。因此本文以海西福永高速ZK132+300段典型土岩二元结构边坡为原型,设计制作了1/20缩尺模型边坡,在福建省土木工程灾害防治重点实验室的双向地震模拟振动台上,完成了20种工况的模拟地震动试验。重点关注坡体高程、地震动幅值、地震动频率特征对PGA放大系数的影响,得到以下结论。坡内和坡面各测点处PGA放大系数,均呈现出明显的高程效应和鞭梢效应;但锚框支护能有效抑制坡面的趋表效应。随着输入地震动幅值的增大,土体表现出明显的塑性特征,坡内和坡面各测点处PGA放大系数,按高程依次呈线性减小或指数型减小。在相同幅值、不同频率特征的地震波作用下,坡面各测点处PGA放大系数呈现出明显的差异性;但这种因地震波频谱特性不同而产生的差异,随着高程增加而逐渐减小,并在坡顶处趋向一致。同时通过对边坡表观破坏特征的描述,发现二元结构边坡的裂缝发展仅出现在上部土质坡体的坡顶和坡肩自由面附近,未出现贯通性裂缝和整体滑移失稳,认为锚框支护结构极大提高了上部土质边坡的抗震性能。

漳永高速公路高边坡地震动力响应及稳定性分析

以福建漳州—永安高速公路某含断层的锚框支护边坡工程为依托,运用FLAC3D建立数值模型,采用强度折减法分别对该边坡的静力和动力稳定性进行了详细分析。在烈度为7度的地震波激励下,坡内和坡面各测点处加速度峰值放大系数均呈现出明显的高程效应,且坡顶处具有明显的鞭梢效应;锚索轴力也较静力时明显增大,且在潜在滑移面处达到最大;通过动强度折减法和失稳判据综合判断,其动安全系数为1.68。

地震作用下土岩二元结构边坡位移和土压力的响应分析

以海西福永高速公路某标段边坡工程为依托,运用FLAC3D5.0数值软件对锚索-框架梁支护下的土岩二元结构边坡进行了地震作用数值模拟,分析了锚框支护土岩二元结构边坡在地震作用下水平位移和动土压力的响应。结果表明:地震作用下边坡土体水平位移响应随高程增加而增大;地震强度增加,边坡土体水平位移响应增加;PEP震荡系数与埋深呈负相关;地震强度增加时,PEP震荡系数增加。

Research on Stability Calculation Methods for Grillage Supporting Structure with Pre-stressed Anchor

Aiming at prestressed anchor cable frame in the presence of reinforcement landslide problem, through the selection of test points, the paper study and tested soil pressure, frame internal force and prestress losses under prestressed anchor cable frame beam, reveal the law of internal force distribution, and provides a theory basis for the rational design of prestressed anchor cable in landslide.