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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 地震作用下復(fù)合土釘支護(hù)邊坡動(dòng)力響應(yīng)分析
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡(jiǎn)介：
- 采用大型有限元軟件ADINA對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)邊坡進(jìn)行了地震響應(yīng)分析。在建立有限元模型時(shí)，考慮了土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動(dòng)力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強(qiáng)化模型模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)；土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。得出的結(jié)論為永久性支護(hù)邊坡抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。
- 詳細(xì)介紹：
- 采用大型有限元軟件ADINA對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)邊坡進(jìn)行了地震響應(yīng)分析。地震波輸入選用了常用的EL－Centro波，分析內(nèi)容包括支護(hù)邊坡位移、加速度、土釘、錨桿的軸力時(shí)程響應(yīng)。在建立有限元模型時(shí)，考慮了土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動(dòng)力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強(qiáng)化模型模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)；土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護(hù)最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護(hù)發(fā)生在邊坡的中上部，尤其是在施加了預(yù)應(yīng)力之后，邊坡在地震作用下位移明顯減小，土釘和錨桿軸力在地震作用下放大顯著，在滑移面附近軸力最大，位移和加速度沿著坡高逐漸增大。得出的結(jié)論為永久性支護(hù)邊坡抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目前，對(duì)于純邊坡在地震作用下的動(dòng)力分析研究相對(duì)較多，但考慮支擋結(jié)構(gòu)與邊坡協(xié)同工作的動(dòng)力研究甚少。隨著越來(lái)越多的高邊坡支護(hù)中應(yīng)用到復(fù)合土釘這種柔性支擋結(jié)構(gòu)，深入開展地震作用下黃土地區(qū)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析和研究，對(duì)保證公路、鐵路和建筑物的使用安全、減少滑坡對(duì)公路、鐵路和建筑物的危害有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 文章采用大型非線性有限元分析軟件ADINA對(duì)一邊坡在地震作用下的變形、加速度、土釘、錨桿軸力進(jìn)行了計(jì)算和參數(shù)分析?？紤]土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用及其協(xié)同工作，建立三維有限元模型。應(yīng)用了非線性靜動(dòng)力性能的彈塑性模型模擬土體；采用雙線形彈塑性模型模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)；土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。主要分析了輸入地震波后邊坡位移峰值、加速度峰值、土釘、錨桿的地震響應(yīng)，可以作為今后工程設(shè)計(jì)的參考。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 通過(guò)對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力有限元分析，結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護(hù)最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護(hù)發(fā)生在邊坡的中上部，尤其是在施加了預(yù)應(yīng)力之后，邊坡在地震作用下位移明顯減小，土釘和錨桿軸力在地震作用下放大顯著，在滑移面附近軸力最大，位移和加速度沿著坡高逐漸增大。得出的結(jié)論為永久性支護(hù)邊坡抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用大型有限元軟件ADINA對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)邊坡進(jìn)行了地震響應(yīng)分析。地震波輸入選用了常用的EL－Centro波，分析內(nèi)容包括支護(hù)邊坡位移、加速度、土釘、錨桿的軸力時(shí)程響應(yīng)。在建立有限元模型時(shí)，考慮了土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動(dòng)力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強(qiáng)化模型模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)；土與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護(hù)最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護(hù)發(fā)生在邊坡的中上部，尤其是在施加了預(yù)應(yīng)力之后，邊坡在地震作用下位移明顯減小，土釘和錨桿軸力在地震作用下放大顯著，在滑移面附近軸力最大，位移和加速度沿著坡高逐漸增大。得出的結(jié)論為永久性支護(hù)邊坡抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1]董建華，朱彥鵬，地震作用下土釘支護(hù)高速公路邊坡動(dòng)力參數(shù)分析[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2007, 39（5）: 661-666. [2]董建華，朱彥鵬.土釘土體系統(tǒng)動(dòng)力模型的建立及地震響應(yīng)分析[J].力學(xué)學(xué)報(bào).2009，41（2）：236-242. [3]董建華, 朱彥鵬. 地震作用下土釘支護(hù)邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2008, 21(6): 20-25. [4] 錢家歡, 殷宗澤. 土工原理與計(jì)算(第二版) [M].北京: 中國(guó)水利水電出版社,1996. [5]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002）．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000..
同類課題研究水平概述
- 人們對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究還不夠深入，存在著理論滯后于實(shí)踐的現(xiàn)象。但自復(fù)合土釘墻產(chǎn)生以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開始了對(duì)復(fù)合土釘墻的理論研究，尤其在靜力方面的研究較多，并取得了一定的成果： 陳肇元[9](清華大學(xué)，1999)對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和適用條件作了詳細(xì)的分析研究，并指出不同形式的復(fù)合土釘支護(hù)工作機(jī)理不完全相同，應(yīng)針對(duì)不同支護(hù)形式建立不同的分析方法。 湯風(fēng)林[10](中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，1999)結(jié)合廣州地區(qū)工程實(shí)例討論了復(fù)合土釘支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用情況。 黃力平[11](深圳市勘察研究院，1999)根據(jù)深圳地區(qū)工程實(shí)踐，提出了擋土擋水復(fù)合型土釘支護(hù)設(shè)計(jì)方法。 楊林德[12](同濟(jì)大學(xué)，2000)采用帶轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的Goodman單元對(duì)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性有限元分析。 國(guó)內(nèi)學(xué)者王思敬在1977年對(duì)巖體邊坡的動(dòng)力問(wèn)題開始研究。后來(lái)李秉生等也進(jìn)行了邊坡動(dòng)力的研究。 董建華、朱彥鵬[20-24]用擬靜力法建立了地震作用下土釘支護(hù)邊坡穩(wěn)定性模型，推導(dǎo)了邊坡滑移面圓心位置與穩(wěn)定系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。針對(duì)水平地震作用下豎向條分在計(jì)算地震慣性力和抗滑力矩時(shí)存在計(jì)算上不合理這一問(wèn)題，采用豎向條分和水平條分結(jié)合的方法對(duì)土釘支護(hù)邊坡地震穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行了改進(jìn)。利用遺傳算法對(duì)最危險(xiǎn)滑移面的圓心進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索，采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言VC++編制了程序，實(shí)現(xiàn)了土釘支護(hù)邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)的自動(dòng)尋優(yōu)。 同時(shí)，建立土釘土體系統(tǒng)動(dòng)力計(jì)算模型，以此為基礎(chǔ)，建立土釘土體系統(tǒng)地震動(dòng)力作用下的阻尼微分方程，求解了在簡(jiǎn)諧地震作用下土釘動(dòng)力響應(yīng)的解析解；建立土釘支護(hù)邊坡地震動(dòng)力簡(jiǎn)化模型，通過(guò)該模型可以得到滑移面附近土釘軸力動(dòng)力響應(yīng)和土釘支護(hù)邊坡的彈性動(dòng)位移響應(yīng)，為土釘支護(hù)邊坡的第一階段地震分析和抗震設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 運(yùn)用功能原理建立地震作用后永久位移計(jì)算模型并求解，根據(jù)土釘柔性結(jié)構(gòu)特性，對(duì)土釘震后隨土體滑移機(jī)理提出褶皺臺(tái)階變形來(lái)計(jì)算土釘?shù)幕颇ψ枳鞴?，給出基于邊坡永久位移控制的土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念及程序步驟，并用實(shí)例進(jìn)行計(jì)算及數(shù)值驗(yàn)證。 由于目前在西北地區(qū)越來(lái)越多的高邊坡支護(hù)中應(yīng)用到復(fù)合土釘這種柔性支擋結(jié)構(gòu)，因此，深入開展地震作用下黃土地區(qū)復(fù)合土釘支護(hù)結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)研究，對(duì)保證公路、鐵路和建筑物的使用安全、減少滑坡對(duì)公路、鐵路和建筑物的危害有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
