黄土边坡动力响应研究

论文摘要

我国黄土地区既是地震多发区,又属于地震区划的高烈度区,历史上由于地震所诱发的滑坡造成了巨大的灾难。黄土边坡动力响应研究已经成为工程建设中亟待解决的问题,目前该方面的研究尚处于探索阶段。因此,深入开展黄土边坡动力响应规律研究,对于黄土地区人员和财产安全,以及重大工程的安全运营具有重要意义。本文将理论分析与数值模拟方法相结合,研究了黄土边坡的共振特性、固有频率以及边坡动力响应的位移、速度、加速度三量分布规律。利用ANSYS的模态分析功能,对黄土边坡的振型及固有频率进行了研究；通过谐响应分析,研究了黄土边坡的共振特性,并在瞬态分析中对共振现象进行了验证；考虑坡型参数的影响,利用FLAC3D软件对黄土边坡动力响应三量进行了研究。主要研究成果如下：(1)黄土边坡的振动主要发生在坡面和坡顶处。对于阶梯式边坡,地震作用会造成各级坡脚的剪应力集中现象,进而会造成坡脚的剪切破坏。(2)黄土边坡的一阶固有频率是其共振频率,当地震荷载频率在边坡的一阶固有频率附近时,会出现共振响应,而在其它频率处则无共振现象。黄土边坡的共振响应具有临空面放大效应。(3)黄土边坡的固有频率受土体材料和坡型因素的影响,其固有频率与弹性模量、坡度呈正相关关系,与密度、坡高呈负相关关系。在大量数值计算结果的基础上建立了黄土边坡固有频率的经验公式。(4)坡比、级数和平台宽度三个坡型参数对黄土边坡动力响应的加速度、速度和位移影响显著,通过数值模拟得到了PGA放大系数、PGV放大系数和位移沿坡面的分布规律。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 拟静力法
• 1.2.2 Newmark分析法
• 1.2.3 数值分析法
• 1.3 研究内容与技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 数值计算原理及软件
• 2.1 有限元法与ANSYS软件
• 2.1.1 模态分析
• 2.1.2 谐响应分析
• 2.1.3 瞬态动力学分析
• 2.2 拉格朗日法与FLAC软件
• 2.2.1 拉格朗日法
• 2.2.2 三维空间离散与空间差分
• 2.2.3 动力边界条件
• 2.2.4 网格尺寸
• 2.2.5 摩尔—库伦模型
• 第3章 黄土边坡共振响应数值分析
• 3.1 引言
• 3.2 黄土边坡共振的力学模型
• 3.3 黄土边坡模态分析
• 3.3.1 数值计算模型
• 3.3.2 数值计算流程
• 3.3.3 结果分析
• 3.4 黄土边坡谐响应分析
• 3.4.1 数值计算模型
• 3.4.2 计算结果与分析
• 3.5 黄土边坡共振的数值验证
• 3.5.1 有限元动力分析的关键技术
• 3.5.2 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 黄土边坡固有频率研究
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 边界范围
• 4.2.2 单元尺寸
• 4.3 影响因素分析
• 4.4 回归分析
• 4.5 变量检验与数据筛选
• 4.5.1 相关性检验
• 4.5.2 样本检验
• 4.6 公式回归
• 4.7 公式检验
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于坡型的黄土边坡动力特性研究
• 5.1 引言
• 5.2 黄土边坡动力分析模型
• 5.2.1 材料模型与边界条件
• 5.2.2 地震波处理
• 5.2.3 数值模拟工况
• 5.3 不同级数下的动力响应分析
• 5.4 不同平台宽度下的动力响应分析
• 5.5 不同坡比下的动力响应分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢