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摘要：本文运用大型非线性有限元软件ADINA，通过输入不同地震波，探讨框架预应力锚杆支护边坡锚杆轴力、坡面位移、土压力的动力响应规律。考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型，应用理想弹塑性本构关系Mohr-Coulomb模型模拟土体；采用可以描述锚杆在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟锚杆；采用线弹性模型模拟框架柱、梁、板；土与支护结构相互作用由接触单元模拟。
1前言
框架预应力锚杆柔性支护结构能够充分调节和改善土体的自身强度和自稳能力，在许多高等级公路、铁路的边坡加固工程中得到了广泛的应用[1]，但是现在对其性状和工作机理的研究落后于工程实践，其动力特性更是鲜有人研究[2][3]，这就给设计带来了不确定性。只有掌握该支护结构的动力响应规律，才能将框架预应力锚杆支挡结构分析设计得更加合理、安全。本文借助大型有限元软件ADINA，通过输入不同的地震波，探讨框架预应力锚杆支护边坡锚杆轴力、坡面位移土压力的动力响应规律。
2地震波的选取
本文选取EL-Centro波和kubo波来研究支护体系对不同地震类型的响应。由于软件及模型尺寸限制，无法输入完整的地震动时程，因此截取包含有各自加速度最大值的EL-Centro波前10秒，及kobe波第5—15秒段作为输入地震波，并将其最大加速度均调整为1个地震加速度，以方便比较研究。如图1、2所示：
3模型的建立
本文以某实际框架预应力锚杆支护边坡为原型建立有限元分析模型。边坡分为上下两级,第二级边坡采用框架锚杆挡墙支护,支护高度12m,基坑重要性系数取1.0,安全系数取1.3,边坡土体参数如表1所示.
土体采用三维实体单元，锚杆采用rebar单元，框架采用梁单元，土体和面板采用8节点三维实体单元。面板和土体之间采用接触单元，框架和面板之间施加刚性约束，使之协同工作。土体参数取实际数值，所输入地震波为上节所述EL-Centro波和kubo波，侧向宽度取边坡高度的5倍范围，总体尺寸为602430m，框架7榀，建立的有限元模型如图3、4所示。
4模拟结果分析
4.1轴力响应比较
图5给出了第四排锚杆在两种地震波下的轴力峰值，由图可以看出，两种地震波作用下锚杆轴力极值相似，但大小有所不同。轴力最大值均出现在锚杆中前部。与EL波相比KOBE波作用下各排锚杆轴力峰值均较大。选取第4排锚杆杆头处节点7195做时程曲线。如图6从图中我们可以看到，两种地震波作用下轴力响应曲线相差较大且振幅不同，EL波振幅小于KOBE波。此外轴力峰值出现时间也不同EL波在3.82秒处达到最大值，而KUBE波在4.78秒处达到最大值。
4.2边坡位移响应比较
为研究不同地震波对边坡位移的影响，将坡面中心各点位移峰值绘于图7，并选取坡顶节点333做位移时程曲线图，如图8。由图7可见，EL波作用下的坡面各节点位移峰值均小于KUBE波。由图8可得，与轴力时程相同，两种地震波作用下边坡位移峰值曲线不同，KUBE波作用下位移峰值要大于EL波，且峰值出现时间要晚于EL波。
4.4.6土压力比较
图9给出了坡面中心各节点土压力峰值对比图，KOBE波作用下坡面各点土压力峰值均大与EL波，且随着高度的增大，二者差值逐渐增大。
图10给出了坡面土压力最大值出现处节点2673的时程图，由图可见与轴力时程位移时程加速度时程曲线相似，EL波土压力峰值出现时间要早于KOBE波，二者波形均相似于所输入地震波波形。
结论与展望
从以上的分析可见，尽管输入地震波的加速度幅值、持时都相同，但系统锚杆轴力、边坡位移峰值、土压力峰值响应均有较大差异，总体来说，系统对KOBE波的响应要比EL波剧烈。这说明系统的动力响应不仅与加速度幅值、持时有关，与其卓越频率也有很大的关系。
参考文献
[1]周勇.框架预应力锚杆支挡结构的分析与设计研究[D].兰州理工大学硕士学位论文,2004:6
[2]侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究.岩石力学与工程学报,19(3):342~345
[3]任青文,罗军.锚杆应用及加固机理研究综述[J].水利水电,1997,17(1):29~33