地震荷载作用下多年冻土区斜坡路堤稳定性分析

论文摘要

青藏高原属于地震多发区,鉴于冻土的特性、斜坡路堤的复杂性和地震荷载的破坏性,开展地震荷载作用下多年冻土区斜坡路堤稳定性研究是十分必要的。本文应用有限元软件ANSYS对路堤模型进行了热—结构耦合分析,即先进行了热稳定性分析,输入热稳定性最差时土体力学参数,再进行力学稳定性分析,具体内容如下：（1）路堤的温度场分析。首先建立青藏铁路典型斜坡路堤模型,确定初始温度场及各边界的温度边界条件,分别输入各岩土体在冻结和融化状态下的热参数。结果表明,各斜坡路堤均在每年十月中旬达到最大融化深度；粉质粘土和弱风化基岩的地层界面近似为最大融深时的冻融界面,即潜在滑移面；由于气候变暖,多年冻土存在退化趋势。（2）路堤的地震响应分析。应用与温度场分析一致的有限元网格,将第十年最大融化深度时各节点温度作为体荷载输入到结构分析模型中,输入与节点温度相对应的力学参数,采用粘弹性人工边界,选择D-P模型,输入不同强度的青藏铁路冻土工程区人造地震波,应用加速度时程反应分析法,计算了各斜坡路堤在地震荷载作用下的动力响应。结果表明,地震强度对路堤的地震动幅值和持续时间都有决定性的影响；天然坡面和路肩处的地震动水平位移明显大于路堤内部水平位移；斜坡路堤的水平位移随着地震强度的降低而减小,随着坡度的增大而增加；斜坡路堤的潜在滑动面为冻融界面,即粉质粘土与弱风化岩的地层界面。（3）路堤的稳定性分析。应用有限元强度折减法,不断折减强度参数作为新的数据输入,计算不收敛时的折减系数即为安全系数。结果表明,9°斜坡路基在设计地震作用下,最大融化深度时的安全系数为3.575,即最小安全系数为3.575,滑移面在粉质粘土层内冻融界面附近。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 冻土斜坡稳定性研究
• 1.2.2 冻土斜坡路基稳定性研究
• 1.2.3 冻土动力学研究
• 1.2.4 路基动力响应研究
• 1.2.5 研究中存在的问题
• 1.3 研究内容
• 2 路基稳定性分析理论
• 2.1 地震荷载作用下土体应力的特点
• 2.2 路基抗震稳定性分析
• 2.3 陡坡路堤的稳定性分析
• 2.3.1 陡坡路堤的滑动形式
• 2.3.2 陡坡路堤稳定性验算前提
• 2.3.3 陡坡路堤稳定性验算方法
• 2.4 天然边坡稳定性分析
• 2.4.1 边坡稳定性分析简介
• 2.4.2 冻土斜坡稳定性分析
• 2.5 结论
• 3 斜坡路堤的数值模型
• 3.1 有限单元法
• 3.2 ANSYS软件介绍
• 3.3 实体模型的建立
• 3.4 实体模型的划分
• 3.4.1 单元的选择
• 3.4.2 单元的大小
• 3.4.3 本构模型的选择
• 3.4.4 边界条件
• 3.5 结论
• 4 斜坡路堤的温度场分析
• 4.1 控制微分方程
• 4.1.1 相变温度场
• 4.1.2 基于焓模型的相变温度场
• 4.2 材料热物理参数
• 4.3 初始条件和边界条件
• 4.4 计算过程控制
• 4.5 温度场计算结果与分析
• 4.5.1 最大融化深度的确定
• 4.5.2 路堤在不同计算域下最大融化深度时温度场的比较分析
• 4.5.3 地温在不同深度处随时间的变化特征
• 4.5.4 不同坡度斜坡路堤最大融化深度的比较分析
• 4.6 结论
• 5 斜坡路堤的地震响应分析
• 5.1 控制微分方程
• 5.2 运动方程及求解
• 5.3 地震分析方法
• 5.4 计算模型
• 5.4.1 材料力学参数
• 5.4.2 粘弹性人工边界条件
• 5.4.3 地震波的输入
• 5.5 动力响应分析
• 5.5.1 同一坡度斜坡路堤在不同强度地震下的加速度时程比较分析
• 5.5.2 同一坡度斜坡路堤在不同强度地震下水平位移比较分析
• 5.5.3 同一坡度斜坡路堤不同位置的时程比较分析
• 5.5.4 同一坡度斜坡路堤等效应力分析
• 5.5.5 不同坡度斜坡路堤的水平位移云图比较分析
• 5.6 稳定性分析
• 5.6.1 不同折减系数下模型变形分析
• 5.6.2 不同折减系数下模型塑性应变分析
• 5.7 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集