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荷载作用下高陡边坡岩体力学行为及桥基位置确定方法研究

赵文  
【摘要】:高陡边坡桥基位置不仅关系到高边坡的稳定和桥梁的安全,也直接关系到整个桥梁的技术指标和造价。荷载作用下高陡边坡岩体力学行为特征是桥基位置确定及边坡稳定性分析的基础。本论文对高陡边坡岩体在荷载作用下的力学行为特征进行系统的分析,揭示荷载作用下边坡岩体力学行为特征及变化规律,提出基于岩体力学行为分析的高边坡桥基位置设计及边坡稳定性分析方法,补充完善现有设计理论。 为了便于数值分析,本论文首先开发了适用于高边坡岩体力学行为以及不连续面力学行为分析的接触有限元程序。 对于可视为均质材料的岩体高边坡,对荷载作用下岩体的应力特征和变形特征进行系统分析,对影响边坡岩体力学行为的各种因素进行分析,包括坡度、坡高、荷载强度、桥基位置、桥基宽度、坡型等。揭示了各种影响因素下岩体应力影响范围、坡面岩体应力、桥基位移、基底接触应力等的变化规律。 对层状岩体边坡采用横观各向同性连续介质分析方法进行研究,对层面角度、力学参数这两个影响层状岩体边坡力学行为的主要因素进行分析,揭示了层面角度和力学参数对层状岩体边坡力学行为的影响规律,指出层状岩体不均匀应力分布对坡面岩体应力影响最大的层面角度在20°~30°之间,力学参数的差异体现层状岩体应力受层面角度的影响程度。 利用接触单元法对高陡边坡中普遍存在的卸荷裂隙的影响进行研究,特别是卸荷裂隙深度、卸荷裂隙与桥基的相对位置等对边坡岩体力学行为的影响进行研究。指出卸荷裂隙深度不及应力影响角范围时可不考虑卸荷裂隙的影响,桥基宜置于卸荷裂隙之后,当桥基置于卸荷裂隙之前时,应考虑荷载对坡面和卸荷裂隙的双重影响。 对高陡边坡中存在的长大贯通结构面力学行为特征进行详细分析,根据结构面上的接触应力分布特征确定结构面上各点稳定性系数及整体稳定性系数,提出节理岩体稳定性分析方法,提出荷载作用下岩体边坡潜在破坏面的确定方法。 利用岩体强度与应力影响系数的关系确定应力影响系数的安全限值,根据不同影响因素下边坡岩体应力影响范围的变化规律建立高陡边坡桥基位置确定公式,桥基基本距离S_a=0.0309591α~(1.4823)[(1-0.8655~B)q]~(0.6965)。考虑岩体


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