基本信息
- 項目名稱：
- 地震作用下復(fù)合土釘支護邊坡動力響應(yīng)分析
- 小類：
- 機械與控制
- 簡介：
- 采用大型有限元軟件ADINA對復(fù)合土釘支護邊坡進行了地震響應(yīng)分析。在建立有限元模型時，考慮了土體和支護結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強化模型模擬支護結(jié)構(gòu)；土與支護結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。得出的結(jié)論為永久性支護邊坡抗震設(shè)計提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計參考。
- 詳細介紹：
- 采用大型有限元軟件ADINA對復(fù)合土釘支護邊坡進行了地震響應(yīng)分析。地震波輸入選用了常用的EL－Centro波，分析內(nèi)容包括支護邊坡位移、加速度、土釘、錨桿的軸力時程響應(yīng)。在建立有限元模型時，考慮了土體和支護結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強化模型模擬支護結(jié)構(gòu)；土與支護結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護發(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)論為永久性支護邊坡抗震設(shè)計提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計參考。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目前，對于純邊坡在地震作用下的動力分析研究相對較多，但考慮支擋結(jié)構(gòu)與邊坡協(xié)同工作的動力研究甚少。隨著越來越多的高邊坡支護中應(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)合土釘支護結(jié)構(gòu)的動力分析和研究，對保證公路、鐵路和建筑物的使用安全、減少滑坡對公路、鐵路和建筑物的危害有重大的現(xiàn)實意義。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 文章采用大型非線性有限元分析軟件ADINA對一邊坡在地震作用下的變形、加速度、土釘、錨桿軸力進行了計算和參數(shù)分析?？紤]土體和支護結(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結(jié)構(gòu)；土與支護結(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)計的參考。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 通過對復(fù)合土釘支護結(jié)構(gòu)進行動力有限元分析，結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護發(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)論為永久性支護邊坡抗震設(shè)計提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用大型有限元軟件ADINA對復(fù)合土釘支護邊坡進行了地震響應(yīng)分析。地震波輸入選用了常用的EL－Centro波，分析內(nèi)容包括支護邊坡位移、加速度、土釘、錨桿的軸力時程響應(yīng)。在建立有限元模型時，考慮了土體和支護結(jié)構(gòu)相互作用；應(yīng)用非線性靜動力性能的彈塑性M-C模型模擬土體；采用雙線形強化模型模擬支護結(jié)構(gòu)；土與支護結(jié)構(gòu)相互作用由接觸單元模擬。結(jié)果表明復(fù)合土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)比純土釘邊坡支護結(jié)構(gòu)有更好的抗震性能，普通土釘支護最大水平位移發(fā)生在邊坡頂部，而復(fù)合型土釘支護發(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)論為永久性支護邊坡抗震設(shè)計提供依據(jù)，可供類似工程設(shè)計參考。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- [1]董建華，朱彥鵬，地震作用下土釘支護高速公路邊坡動力參數(shù)分析[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報（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)動力模型的建立及地震響應(yīng)分析[J].力學(xué)學(xué)報.2009，41（2）：236-242. [3]董建華, 朱彥鵬. 地震作用下土釘支護邊坡穩(wěn)定性分析[J]. 中國公路學(xué)報, 2008, 21(6): 20-25. [4] 錢家歡, 殷宗澤. 土工原理與計算(第二版) [M].北京: 中國水利水電出版社,1996. [5]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330—2002）．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000..
同類課題研究水平概述
- 人們對復(fù)合土釘支護結(jié)構(gòu)的研究還不夠深入，存在著理論滯后于實踐的現(xiàn)象。但自復(fù)合土釘墻產(chǎn)生以來，國內(nèi)外學(xué)者就開始了對復(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)對復(fù)合土釘支護結(jié)構(gòu)形式和適用條件作了詳細的分析研究，并指出不同形式的復(fù)合土釘支護工作機理不完全相同，應(yīng)針對不同支護形式建立不同的分析方法。 湯風(fēng)林[10](中國地質(zhì)大學(xué)，1999)結(jié)合廣州地區(qū)工程實例討論了復(fù)合土釘支護技術(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)工程實踐，提出了擋土擋水復(fù)合型土釘支護設(shè)計方法。 楊林德[12](同濟大學(xué)，2000)采用帶轉(zhuǎn)動自由度的Goodman單元對復(fù)合土釘支護結(jié)構(gòu)進行非線性有限元分析。 國內(nèi)學(xué)者王思敬在1977年對巖體邊坡的動力問題開始研究。后來李秉生等也進行了邊坡動力的研究。 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。針對水平地震作用下豎向條分在計算地震慣性力和抗滑力矩時存在計算上不合理這一問題，采用豎向條分和水平條分結(jié)合的方法對土釘支護邊坡地震穩(wěn)定性分析方法進行了改進。利用遺傳算法對最危險滑移面的圓心進行動態(tài)搜索，采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言VC++編制了程序，實現(xiàn)了土釘支護邊坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)的自動尋優(yōu)。 同時，建立土釘土體系統(tǒng)動力計算模型，以此為基礎(chǔ)，建立土釘土體系統(tǒng)地震動力作用下的阻尼微分方程，求解了在簡諧地震作用下土釘動力響應(yīng)的解析解；建立土釘支護邊坡地震動力簡化模型，通過該模型可以得到滑移面附近土釘軸力動力響應(yīng)和土釘支護邊坡的彈性動位移響應(yīng)，為土釘支護邊坡的第一階段地震分析和抗震設(shè)計提供了依據(jù)。 運用功能原理建立地震作用后永久位移計算模型并求解，根據(jù)土釘柔性結(jié)構(gòu)特性，對土釘震后隨土體滑移機理提出褶皺臺階變形來計算土釘?shù)幕颇ψ枳鞴?，給出基于邊坡永久位移控制的土釘支護結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計理念及程序步驟，并用實例進行計算及數(shù)值驗證。 由于目前在西北地區(qū)越來越多的高邊坡支護中應(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)合土釘支護結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計研究，對保證公路、鐵路和建筑物的使用安全、減少滑坡對公路、鐵路和建筑物的危害有重大的現(xiàn)實意義。
