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《兰州交通大学》 2012年
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黄土高边坡桥台稳定性分析

苑晓锋  
【摘要】:随着国家经济的迅速发展及西部大开发等战略计划的顺利推进,我国公共设施与基础设施的建设将蓬勃发展,公路、铁路、地铁等交通设施的建设是西部大开发中的重中之重,大量的黄土边坡稳定性及黄土地基构筑物的稳定性问题成为亟待研究与解决的问题。 本文以庄科咀大桥0#桥台为工程背景,首先分析0#桥台所在黄土高边坡的稳定性,而后应有有限元软件MIDAS-GTS建立三维黄土边坡-桥台-桩基有限元分析模型,分析典型工况下桥台体系的整体稳定性;再考虑黄土的湿陷性及黄土边坡加固措施,定量分析其对桥台体系稳定性的影响。 本文的主要研究内容及结论如下: (1)应有有限元软件,根据《铁路特殊路基设计规范》(TB10035-2006)和《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)规定,基于地质勘测资料及同类研究结论所设定的黄土边坡材料参数,按照设计1:1边坡坡率,每级高度设定为10m,宽度平台为2m的边坡模型分析黄土高边坡稳定性。对比分析可知,黄土的湿陷性对黄土边坡的稳定性影响不可忽视,湿陷及地震力作用不仅仅导致黄土边坡稳定性系数大幅降低,同时,使得黄土边坡的整体位移及塑性应变区均出现较大的变化,使得黄土边坡的稳定性及黄土地基上的构筑物稳定性受到威胁。 (2)应用有限元软件MIDAS-GTS建立的三维有限元黄土边坡-桥台-桩基体系,分析其在典型工况下的稳定性。分析可知,各工况下整体最大纵向位移出现于桥台前端黄土边坡位置,最大竖向位移出现于桥台台后填土部位;存在两个典型的塑性区,其一位于桥台前端黄土边坡应变塑性区,另一个位于桥台台后填土挤压塑性区;桩基受力范围集中于距桩顶2/3范围内,整体表现为砂质黄土范围内桩基受力更加明显,而泥岩层范围内桩基的受力相对较小。 (3)针对地震力对于桥台体系稳定性的影响,通过有限元分析可知,地震力对黄土边坡-桥台-桩基体系的整体纵向水平位移与桩基的纵向应力影响较为明显;同时,地震力作用下,位于台前的塑性应变区与位于台后的挤压塑性区有贯通趋势。 (4)通过有限元软件MIDAS-GTS建立三维有限元分析模型模拟黄土的湿陷性对于黄土边坡上桥台体系稳定性的影响。黄土湿陷对整体纵向及桩基纵向位移影响较为显著,极易导致黄土边坡纵向失稳,而对整体竖向位移与桩基的竖向位移影响较小;黄土湿陷使得黄土塑性区域加大,同时,桥台前端应变塑性区与桥台台后填土挤压塑性区存在贯通危险;黄土湿陷对桩基竖向应力影响明显,而对桩基纵向应力基本没有影响。 (5)通过有限元软件MIDAS-GTS建立三维有限元分析模型,分析边坡加固措施对边坡-桥台-桩基体系整体稳定的影响。黄土边坡的加固对黄土边坡整体承载能力的提高是比较明显的,同时,对于土体的位移、桥台体系的纵向位移均有较为理想的减少,对于桩基的竖向位移则基本无改善;对于黄土边坡体系的塑性区的缩小有一定的影响;对于桩基纵向应力减小比较明显,而对于竖向应力则基本没有影响,但从侧面反映出桩基水平承载能力的提高更有利于桩基竖向受力能力的发挥。
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U443.21

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