多級支擋結(jié)構(gòu)與邊坡系統(tǒng)地震動力特性及抗震研究.pdf

1、依托鐵道部科技研究開發(fā)計劃課題“高陡邊坡特殊支擋工程抗震技術(shù)研究”（編號:2008G028-D），以建設(shè)中的大瑞鐵路為背景，對其沿線厚覆蓋層與基巖邊坡（簡稱基覆邊坡）和厚覆蓋層與順層巖石邊坡（簡稱順層邊坡）的多級支擋結(jié)構(gòu)與邊坡系統(tǒng)，在地震作用下的動力特性及抗震設(shè)計方法開展研究。基于大型振動臺模型試驗，對支擋結(jié)構(gòu)的地震動力響應(yīng)特性進行系統(tǒng)分析，并開展數(shù)值模擬驗證工作?；谀Ｐ驮囼炈杉降膭游灰茢?shù)據(jù)，開展支擋結(jié)構(gòu)動位移模式的分析研究。基于

2、塑性極限分析上限定理和強度折減技術(shù)，建立多級支擋結(jié)構(gòu)地震動土壓力的上限解，并開展多級支擋結(jié)構(gòu)與邊坡的地震動力穩(wěn)定性分析，以及多級支擋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的研究。研究工作主要包括以下幾個方面:
　　(1)大型振動臺模型試驗方案設(shè)計
　　分別設(shè)計并完成相似比為1∶8的3個基覆邊坡和3個順層邊坡模型。根據(jù)相似關(guān)系理論，對大型振動臺模型試驗的相似關(guān)系進行設(shè)計，確定模型試驗相似常數(shù)，確定模型試驗的相似材料及其主要物理力學(xué)參數(shù)。以汶川波、大

3、瑞波和Kobe波作為設(shè)計輸入地震波，確定試驗加載方案。
　　(2)支擋結(jié)構(gòu)—邊坡系統(tǒng)動力響應(yīng)特性分析
　　分別對上述3個基覆邊坡模型和3個順層邊坡模型，在不同地震波、激振加速度峰值及其激振方向下的加速度動力響應(yīng)、動土壓力響應(yīng)、動位移響應(yīng)和錨桿動應(yīng)變響應(yīng)等動力特性，進行了詳細和系統(tǒng)的分析研究。在基覆邊坡模型動力特性分析中，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對支擋結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性進行對比分析，并分析其抗震性能。在順層邊坡模型動力特性分析中，根據(jù)試驗

4、數(shù)據(jù)對比分析了支擋結(jié)構(gòu)在不同巖層傾角下的動力響應(yīng)特性。
　　(3)支擋結(jié)構(gòu)—邊坡系統(tǒng)動力響應(yīng)特性數(shù)值模擬
　　按平面應(yīng)變問題，以汶川波XZ雙向加載工況為例，采用有限差分軟件FLAC3D進行數(shù)值分析。
　　在基覆邊坡數(shù)值模擬中，主要針對重力式擋墻—基覆邊坡的振動臺試驗?zāi)Ｐ?，將?shù)值模擬結(jié)果與振動臺模型試驗進行對比分析。在順層邊坡數(shù)值模擬中，模擬不同巖層傾角下的重力式擋墻的動力響應(yīng)特性，并將數(shù)值模擬結(jié)果與振動臺模型試驗進行對

5、比分析。
　　(4)支擋結(jié)構(gòu)地震動位移模式研究
　　基于3個基覆邊坡模型的大型振動臺模型試驗，根據(jù)各加載工況所采集到的地震永久位移響應(yīng)數(shù)據(jù)，研究重力式擋墻、樁板式擋墻、格構(gòu)式框架結(jié)構(gòu)等支擋結(jié)構(gòu)的地震動位移模式及其變化規(guī)律，得到支擋結(jié)構(gòu)在地震波作用下，其動位移模式有:滑動（平動）、轉(zhuǎn)動或滑動與轉(zhuǎn)動的耦合等。
　　研究認為，擋墻動位移量、動位移模式及其變化方式，不僅受激振波、激振方式和激振加速度峰值的影響，還受到擋墻結(jié)構(gòu)型

6、式、不同支擋結(jié)構(gòu)組合方式的影響。此外，通過動位移模式的研究，分析不同類型支擋結(jié)構(gòu)的抗震性能。
　　(5)多級支擋結(jié)構(gòu)動土壓力及抗震設(shè)計方法研究
　　結(jié)合塑性極限分析上限法和強度折減技術(shù)，對多級支擋結(jié)構(gòu)地震動土壓力進行分析和研究，建立基于強度折減技術(shù)的多級支擋結(jié)構(gòu)地震主動、被動土壓力上限解。上限解考慮水平和豎向地震系數(shù)、墻背傾角、坡面形式及多級支護方式、上擋墻對下?lián)鯄Φ挠绊憽⑼馏w粘聚力、土體與墻背的粘附力等諸多因素，可適用于無