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

论文题目: 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

论文类型: 博士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 赵文

导师: 谢强

关键词: 边坡,岩体,力学行为,桥基位置,稳定性,卸荷裂隙

文献来源: 西南交通大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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Sa=0.0309591α1.4823[（1-0.8655B）q]0.6965。考虑岩体

论文目录:

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高陡边坡桥基位置确定方法

1.2.2 边坡岩体力学行为的研究

1.2.3 边坡稳定性研究

1.3 存在的主要问题及解决方法

1.4 论文主要研究内容及技术路线

1.5 工作基础

第2章 高边坡数值分析专用程序的开发

2.1 研究对象的分类

2.2 不连续面的力学性质及处理方法

2.3 接触问题力学描述

2.4 接触问题虚位移原理

2.4.1 接触边界变形与受力条件

2.4.2 不同接触状态虚位移原理

2.4.3 接触问题整体平衡方程

2.5 本文采用的接触单元

2.5.1 等厚度接触单元

2.5.2 变厚度接触单元

2.5.3 坐标转换

2.6 增量法求解接触问题过程

2.7 接触判据

2.8 连续介质的处理方法

2.8.1 各向同性介质

2.8.2 横观各向同性介质

2.9 数值分析专用程序的开发要点

2.9.1 网格剖分与优化

2.9.2 接触单元刚度矩阵

2.9.3 单元信息存储方式

2.9.4 接触状态的判别

2.9.5 程序主要流程

2.9.6 数据接口

2.9.7 接触有限元程序验证

第3章 荷载作用下均质岩体高边坡力学行为特征

3.1 基本模型

3.2 竖直荷载作用下高边坡岩体基本力学行为特征

3.2.1 边坡岩体应力特征

3.2.2 边坡岩体应力影响范围

3.2.3 对坡面岩体应力的影响

3.2.4 基底接触面应力分布特征

3.2.5 边坡的位移特征

3.3 边坡岩体力学行为影响因素分析

3.3.1 荷载强度的影响

3.3.2 桥基水平距离的影响

3.3.3 坡度的影响

3.3.4 坡高的影响

3.3.5 桥基宽度的影响

3.3.6 水平荷载的影响

3.4 坡形对边坡岩体应力的影响

3.4.1 折线形边坡二级边坡坡高的影响

3.4.2 折线形边坡坡度差的影响

3.4.3 台阶形边坡台阶宽度的影响

3.5 本章小结

第4章 荷载作用下层状高边坡岩体力学行为特征

4.1 分析方法的选用

4.2 层状边坡数值分析过程

4.3 层状边坡岩体力学行为特征

4.3.1 边坡岩体应力分布特征

4.3.2 边坡的位移特征

4.3.3 荷载对边坡岩体应力的影响

4.4 层状岩体边坡力学行为影响因素分析

4.4.1 层面角度的影响

4.4.2 边坡坡度的影响

4.4.3 力学参数的影响

4.5 本章小结

第5章 荷载作用下卸荷裂隙岩体高边坡力学行为特征

5.1 分析过程

5.2 荷载作用下卸荷裂隙高边坡岩体力学行为特征

5.2.1 边坡岩体应力特征

5.2.2 荷载对坡(裂隙)面岩体应力的影响

5.2.3 边坡岩体应力影响范围

5.2.4 卸荷裂隙的位移特征

5.3 卸荷裂隙边坡岩体力学行为特征影响因素分析

5.3.1 卸荷裂隙深度H_x

5.3.2 桥基相对裂隙的距离S_(hx)

5.3.3 卸荷裂隙位置S_x

5.4 卸荷裂隙接触应力分布特征

5.5 本章小结

第6章 长大贯通结构面力学行为特征及节理岩体的稳定性分析

6.1 长大贯通结构面力学行为特征

6.1.1 分析模型建立方法

6.1.2 结构面接触应力分布特征

6.1.3 结构面接触应力影响因素分析

6.1.4 长大贯通结构面边坡稳定性分析

6.2 节理岩体稳定性及影响因素分析

6.2.1 节理岩体稳定性分析方法

6.2.2 节理岩体稳定性分析算例

6.2.3 节理岩体稳定性影响因素

6.3 岩体边坡潜在破坏面位置确定

6.4 本章小结

第7章 高陡岩体边坡桥基位置确定方法

7.1 基于应力影响范围桥基位置确定方法思路

7.2 坡面岩体应力影响系数最大值的确定

7.2.1 η_(max)与荷载强度的关系

7.2.2 η_(max)与桥基水平距离的关系

7.2.3 η_(max)与坡度的关系

7.2.4 η_(max)与桥基宽度的关系

7.2.5 η_(max)与S、α、B、q的拟合关系

7.3 安全应力影响系数的限定

7.4 桥基位置的确定

7.4.1 均质岩体边坡

7.4.2 层状岩体边坡

7.5 特殊情况下桥基位置确定

7.5.1 桥基在坡中部时桥基位置确定

7.5.2 折线边坡桥基位置的确定

7.5.3 存在卸荷裂隙时桥基位置确定

7.5.4 存在长大贯通结构面时桥基位置确定

7.5.5 低边坡桥基位置确定

7.6 高陡边坡桥基位置确定工作步骤

7.7 高陡边坡桥基位置确定举例

7.7.1 下涝溪大桥

7.7.2 清水河大桥

7.7.3 马水河大桥

7.7.4 姚家湾大桥

7.8 本章小结

第8章 工程实例

8.1 桥址区工程地质概况

8.2 边坡稳定性初步分析

8.3 桥基位置确定

8.4 边坡岩体力学行为特征数值分析

8.4.1 分析模型建立

8.4.2 边坡岩体力学行为特征

8.4.3 危险块体稳定性分析

8.5 荷载作用下边坡岩体力学行为特征模型试验分析

8.5.1 模型试验过程

8.5.2 边坡位移特征

8.5.3 位移反算

8.5.4 边坡破坏模式

8.6 边坡位移特征DEM分析

8.7 边坡位移特征现场监测

8.8 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目

发布时间: 2006-03-06

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