路堤工程在地震作用下的动力响应特性研究

论文摘要

汶川大地震后,据震区震害初步调查,强震区公路路基本体遭到严重破坏,破坏形式主要有路堤侧向变形、竖向沉陷,路面纵横向拉裂缝,路基滑移破坏、错落,路肩墙倾斜、破坏等。地震作用下的边坡失稳给生命线造成毁灭性破坏,极大地阻碍了灾区救援工作的开展,极大影响灾后重建工作。高烈度地震区交通运输通道在强震条件下保证畅通是必须考虑的关键问题,以我国新时期高烈度地震山区铁路、公路建设为契机,以山区道路路基、边坡工程为依托,开展道路边坡震害防治技术研究非常必要,对以后路基工程的抗震设计具有重要借鉴与参考意义。本文的研究内容主要有：1.利用大型振动台分别进行了层状土与边坡模型的振动台对比实验,以及素土与铺设加筋材料的振动台对比实验。探讨了坡形和加筋措施对地震波传递的影响,发现与层状土对比,具有临空面的边坡对地震加速度峰值放大系数可增加约30%。,而加筋措施能明显减弱土层对地震波的放大效应,素土与铺设加筋材料的层状土实验相比,对加速度峰值放大系数可减小约20%。2.对地震作用下边坡模型的动力特性进行了探讨,得出了边坡中上部到坡肩是最易破坏失稳的部位,在抗震设计中需要重点考虑的结论；并发现随着地震振动次数和振幅的增加,土体内部的损伤会引起其自振频率的降低,导致土体的自振频率更加接近地震波的卓越频率,使土体对地震波的放大效应增强,这提示我们,在一次地震发生后,对于外观没有明显破坏的岩土工程,也应及时进行损伤评估,决定是否采取加固措施。3.基于FLAC3D的弹塑性理论,对10m-40m高度路堤在不同烈度地震工况下的加速度响应及其机理,位移响应,及路堤对地震波频谱的影响进行了研究。发现不同高度的路堤的水平加速度峰值放大系数形态呈现三种类型：沿程单调递增形态（高度小于10m）、随高程增加而增加→衰减→增加的“三段形态”（高度大于20m）,以及介于前二者之间的过渡形态（高度介于10m到20m之间）,并从地震波的反射叠加与土体对地震波的衰减效应方面探讨了”三段形态”的形成机理。还分析发现路堤土体对地震波高频分量（10HZ以上）吸收比较明显,对地震波低频分量（10HZ以下）的吸收较弱,得出相对于其它对地震波高频分量响应敏感的工程而言,路堤工程震害相对对震源距离（地震烈度往往与到震源距离成反比）敏感性较低的结论。4.进行了路堤在地震作用下的沉降的振动台实验研究,探讨了地震强度,边坡坡形对地震作用下路堤沉降量的影响。地震作用下路堤沉降量与地震强度直接相关,在地震强度达到一定程度前,模型无明显沉降,地震强度达到一定程度后,模型剧烈沉降。大多数工况下具有临空面的路堤模型沉降量都比层状填土的沉降量要大。路堤模型在地震作用下的沉降主要由土体的压缩变形与坡面向外的水平变形所引起,层状填土的变形则主要由土体的压缩变形引起,比较实验数据,路堤最终沉降量比层状填土多出12.4%,可以知道在发生垮塌以前,路堤的沉降主要由土体在地震作用下压缩变形所引起。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 边坡振动台模型实验研究现状
• 1.2.2 边坡地震稳定性分析方法
• 1.2.3 土体动力本构模型研究
• 1.3 当前研究存在的主要问题
• 1.4 研究内容与研究技术路线
• 第二章 坡形和加筋措施对地震响应影响的振动台模型实验研究
• 2.1 地震模拟振动台概述
• 2.1.1 地震模拟振动台的发展过程
• 2.1.2 电液伺服地震模拟振动系统的基本构成
• 2.1.3 电液伺服地震模拟振动台的工作原理
• 2.1.4 本研究采用地震模拟振动台及参数
• 2.2 振动台模型实验输入地震波的调制
• 2.2.1 依托工点（通麦）场地基岩加速度反应谱
• 2.2.2 人工合成波基本原理和方法
• 2.2.3 地震动加速度时程人工合成结果
• 2.2.4 天然地震波输入
• 2.3 振动台的地震波再现
• 2.4 边坡振动台模型实验设计概述
• 2.4.1 模型设计
• 2.4.2 实验加载制度
• 2.5 坡形和加筋措施对地震响应的影响
• 2.5.1 坡形对地震响应的影响
• 2.5.2 加筋措施对地震响应的影响
• 2.5.3 地震作用下不同模型的破坏现象分析
• 2.6 地震作用下模型的动力特性变化
• 2.7 本章小结
• 第三章 坡高对地震作用下路堤的动力响应影响的研究
• 3.1 地震力的作用效应
• 3.2 岩土体动力分析过程及FLAC3D动力分析方法
• 3.2.1 岩土体动力分析过程
• 3.2.2 FLAC3D动力分析方法
• 3.2.3 本章计算所应用的FLAC3D计算方法
• 3.3 计算模型的建立以及参数选取
• 3.3.1 计算模型的建立
• 3.3.2 材料本构模型以及参数选取
• 3.3.3 地震动荷载的选取
• 3.4 计算结果分析
• 3.4.1 不同高度路堤对地震加速度的放大作用
• 3.4.2 路堤不同部位地震波频率谱的变化分析
• 3.4.3 不同高度路堤在地震作用下的位移效应探讨
• 3.5 本章小结
• 第四章 地震作用下土质路堤沉降变形效应的振动台模型实验
• 4.1 实验目的
• 4.2 路堤震陷振动台模型实验设计
• 4.2.1 模型填料配制及测试
• 4.2.2 模型断面
• 4.2.3 实验测量方式及测点布置
• 4.2.4 模型加载制度
• 4.3 实验结果及数据分析
• 4.3.1 模型在地震作用下的沉降量
• 4.3.2 实验前后模型土体压实度的变化
• 4.3.3 两组实验的比较
• 4.3.4 实验中模型动力特性的变化
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 参加的科研项目