黄土边坡施工振动动力响应数值模拟研究

论文摘要

郑西客运专线的开工建设,出现了大量的高路堑边坡,由于高速铁路对路基沉降的要求较高,需对路基进行沉降处理,目前多采用强夯法和灰土挤密桩法,出现了施工震源。在郑西客运专线施工建设中,由于人工切削边坡及打桩机器共同作用,吕家崖隧道附近的高路堑边坡出现了大面积的滑塌,延误了工期,带来了经济损失甚至会引起人身伤亡。边坡在天然地震作用下的动力响应研究比较多而且获得了较满意的成果,而对于人工地震,特别打桩机震动对边坡的影响,研究甚少。施工振源对边坡的影响研究具有重要的现实意义。在进行桩机作用下黄土边坡动力响应研究时,由于地形的复杂性及材料的非线性。不可能用解析方法进行求解,需要采用数值模拟的方法,数值模拟结果的正确性受模型尺寸大小,边界条件,网格尺寸、初始应力、材料参数、震源特性等多方面的影响。本文以郑西客运专线吕家崖隧道入口黄土边坡为背景,采用有限单元法进行数值模拟计算。分别模拟自由场和地形场两种地形条件下不同材料参数及几何参数以及不同震源类型时的动力响应。在采用实际边坡尺寸、黄土材料参数及与实际震源具有相同主频的雷克子波作用下,经模拟研究,在第一二级坡顶角处均有放大现象,模拟结果与SWS面波仪现场实测数据对照,两者具有很好的一致性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 土动力学的发展
• 1.2.2 黄土动力学的发展
• 1.3 本文研究的主要方法和目标
• 第2章 黄土动力学原理
• 2.1 黄土的动力学基本原理
• 2.1.1 黄土的动力本构关系
• 2.1.2 黄土的动强度特性
• 2.1.3 黄土地震滑坡的特征与机理
• 2.1.4 黄土斜坡地震稳定性分析
• 2.2 岩土介质中的波动方程
• 2.2.1 均匀弹性介质波动方程
• 2.2.2 粘弹性介质波动方程
• 第3章 天然地展作用下场地动力响应
• 3.1 天然地震作用下波的入射角对边坡的影响
• 3.2 天然地震作用下的边坡动力响应
• 第4章 有限元数值模拟方法
• 4.1 有限元方法简介
• 4.1.1 有限元法的理论基础
• 4.1.2 虚功原理
• 4.2 有限元分析步骤、动力有限元方程推导及求解
• 4.2.1 动力有限元方程
• 4.2.2 运动方程求解
• 4.3 非线性方程组的求解
• 4.3.1 非线性方程组的解法
• 4.3.2 载荷增量步长自动选择
• 4.3.3 PLAXIS软件自适应步长法的确定
• 4.4 有限元模型边界处理
• 第5章 黄土边坡动力响应数值模拟
• 5.1 模拟参数确定
• 5.1.1 模型尺寸的确定及边界处理
• 5.1.2 网格尺寸大小确定
• 5.1.3 初始应力确定
• 5.1.4 阻尼的确定
• 5.1.5 施工震源的模拟
• 5.1.6 其他模型参数及材料物性参数的确定
• 5.2 模拟结果
• 5.2.1 自由场动力响应
• 5.2.2 边坡动力响应
• 5.2.3 某时刻各节点速度矢量切片表示
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果