断层带边坡地震响应特征及抗震加固机理与模式研究 ——以广甘高速公路断层带边坡为例

论文摘要

我国位于环太平洋地震带和欧亚大陆地震带，尤其在我国西部地区地震活动性强、频度高，而在这一地区重要的大型工程分布较多，工程的抗震稳定性问题尤为重要。汶川地震诱发的公路地质灾害范围之广、规模之大、数量之多、密度之高、类型之复杂、造成损失之重，远远超出预料之外，尤其是震区横断山脉地区公路沿线形成的大量滑坡、潜在不稳定斜坡和相关次生灾害给救灾工作和灾区公路重建带来极大的困难。如何正确认识强震区公路边坡地震动力效应、地震诱发斜坡失稳机理，如何优化强震区公路边坡综合处置技术，对于地震灾区公路灾害治理和重建具有重要的意义。本文基于以上事实选取广甘高速公路断层带边坡为研究对象，运用数值模拟的方法对公路边坡设计中常用的坡比、坡高的动力响应规律和框架锚索加固系统在不同锚索间距、不同预应力条件下进行了研究，并在此基础上对广甘高速公路断层带边坡进行了动力稳定性评价和抗震优化措施研究。通过上述研究可得：（1）广甘高速公路断层带边坡受断层影响较大，坡体岩体破碎，强度较低，稳定性较差；（2）运用FLAC3D对断层带边坡均质概化模型进行静力计算时，坡高的变化对坡体位移的影响较大，开挖坡比的变化对坡体位移的影响相对较小；（3）运用FLAC3D对断层带边坡均质概化模型进行强地震动力计算时，开挖坡比对边坡变形量的影响仍然较小，受边坡高度的影响相对较大，这与静力条件下的变化规律一致；（4）FLAC3D动力计算中，框架锚索系统对均质断层带边坡加固效果不理想，通过改变锚索长度、锚固角度、锚索间距和预应力大小的优化效果也不明显；（5）FLAC3D动力计算中，以坡体注浆提高岩体质量的优化方案可对均质断层带边坡的优化起到较好的作用，较框架锚索系统本身参数的优化具有明显的优势，是断层带边坡设计中应考虑的方案；（6）通过对广甘高速公路断层带边坡的实例分析，再次证明了在FLAC3D动力计算中仅改变框架锚索（杆）本身参数对以均质岩体考虑的断层带边坡的加固效果不理想，而通过注浆提高岩体质量的方案切实可行，加固效率明显。在此基础上，考虑边坡差异岩体质量的条件，结果表明对深部岩体质量进行优化对断层带边坡的稳定具有良好的效果。以上结论均基于均质破碎岩体得出，而对于工程实际中岩体往往受到风化、卸荷等因素的影响，从坡体表面到内部岩体质量并不一致，工程实际中尚需考虑不同部位选取不同的计算参数，这将有待进一步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 边坡地震动力响应研究方法现状
• 1.2.2 边坡地震动力响应及加固机理研究现状
• 1.2.3 断层带边坡地震动力响应研究现状
• 1.3 主要研究内容、研究思路、技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 研究区工程地质条件
• 2.1 地形地貌
• 2.2 地层岩性
• 2.3 地质构造
• 2.4 水文地质
• 2.5 新构造运动
• 2.6 地震
• 第3章 广甘路断层带边坡特征
• 3.1 典型断层带边坡工程地质调研
• 109L 段边坡（收费站联系道段）'>3.1.1 K0+000¹09L 段边坡（收费站联系道段）
• 600R 段边坡（省道 105 改道段）'>3.1.2 LK0+400⁶00R 段边坡（省道 105 改道段）
• 168 段边坡'>3.1.3 K13+090¹68 段边坡
• 3.2 典型断层带边坡岩体动力学参数实验
• 3.2.1 实验目的
• 3.2.2 实验仪器及方案
• 3.2.3 测试原理
• 3.2.4 计算原理
• 3.2.5 计算结果分析
• 3.3 广甘路断层带边坡总体特征
• 第4章 断层带边坡地震动力响应规律研究
• 4.1 模型建立及参数选择
• 4.1.1 模型建立
• 4.1.2 边界选择
• 4.1.3 阻尼设置
• 4.1.4 地震波选择及加载
• 4.1.5 岩体参数取值
• 4.2 断层带边坡动力破坏、失稳判据
• 4.3 断层带边坡静力稳定性影响因素分析
• 4.3.1 坡比对静力稳定性的影响
• 4.3.2 坡高对静力稳定性的影响
• 4.4 断层带边坡动力响应规律影响因素研究
• 4.4.1 坡比对动力响应的影响
• 4.4.2 坡高对动力响应的影响
• 4.5 小结
• 第5章 断层带边坡抗震加固技术研究
• 5.1 模型设计
• 5.1.1 锚索单元模拟
• 5.1.2 框架结构模拟
• 5.2 框架锚索加固断层带边坡动力响应影响因素研究
• 5.2.1 不同锚索间距下加固断层带边坡动力响应规律
• 5.2.2 不同锚固角度下加固断层带边坡动力响应规律
• 5.2.3 不同间距和角度下断层带边坡动力加固效率分析
• 5.3 断层带边坡加固措施优化方案研究
• 5.3.1 增加锚索预应力加固效果研究
• 5.3.2 增加锚索长度加固效果研究
• 5.3.3 增强岩体参数加固效果研究
• 5.4 小结
• 第6章 广甘路断层带边坡抗震加固优化措施研究
• 6.1 稳定性计算参数取值
• 6.2 广甘路断层带边坡静力稳定性分析
• 6.2.1 模型可靠性验证
• 6.2.2 静力稳定性分析
• 6.3 广甘路断层带边坡动力稳定性分析
• 6.3.1 地震波选择
• 6.3.2 动力稳定性分析
• 6.4 广甘路断层带边坡优化措施研究
• 6.4.1 锚索（杆）参数优化加固效果分析
• 6.4.2 岩体质量优化加固效果分析
• 6.5 考虑边坡岩体质量差异时的动力稳定性分析
• 6.6 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果