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含软弱夹层锚框支护边坡的地震动响应与动力稳定性研究

吴尚杰  
【摘要】:锚索框架支护体系己在各类边坡工程中得到广泛应用,尤其对含软弱夹层的边坡工程,其加固效果十分显著。但对含软弱夹层锚框支护的地震动力响应及动力稳定性的相关研究仍较为少见。本文以漳州招银高速公路边坡工程为实例,通过振动台模型试验和数值模拟分析,研究含软弱夹层锚框支护边坡在地震动作用下的动态响应、动力特性及破坏机理等问题。重点关注坡体加速度、土压力、位移及锚索轴力的地震动态响应;分析高程、地震动幅值、地震动类型等因素,对上述动态响应的影响规律。同时将强度折减法引入动力时程分析中,求得不同地震动作用下的边坡动力安全系数。并在基于极限平衡的通用条分法基础上,考虑水平地震力作用和锚框支护作用,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简便计算方法。得到主要结论如下:1)坡面和坡内各测点水平加速度峰值(PGA)放大系数均随高程增加而非线性增大,均呈现明显的鞭梢效应。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。2)提出水平土压力峰值(PEP)震荡系数的概念,其定义为地震动引起的附加水平压力峰值与静止土压力的比值。研究表明:PEP震荡系数随埋深的增加而整体呈减小的变化趋势,随地震动幅值增大而非线性增加。小振幅工况下,边坡土体整体上保持弹性状态,各测点处正负向PEP震荡系数都大致相等;随着地震动幅值的增大,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。3)加速度的频域分析表明,高频成分丰富的WC波,其卓越频率与坡体自振频率较为接近,故WC波引起的高程效应和土压力峰值均明显大于其他地震波。同时地震波自下而上传播过程中,其频率成分发生了显著改变,出现了“双峰值”现象,两个峰值均随着高程增加而出现不同程度的增益。4)将强度折减法引入地震动力时程分析中,可求得锚框支护边坡在不同地震动作用下的动力稳定安全系数。计算结果表明,边坡动力稳定安全系数受地震动幅值与类型的影响较大。-5)使用上述推导出的基于通用条分原理的锚框支护边坡地震动力稳定分析简便计算方法,得出的动力稳定安全系数与数值模拟结果相同,表明该方法能够为边坡工程的抗震设计,提供一种较为准确的简便计算手段。上述研究结果揭示了含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律和动力特性,提出了边坡动力稳定性计算的新方法,对边坡抗震设计具有重要的工程借鉴作用和参考价值。


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