錨固邊坡2.5D動(dòng)力穩(wěn)定性與自適應(yīng)錨索抗震機(jī)制研究

大量震害調(diào)查資料表明，地震導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)所造成的災(zāi)害有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地震直接損失。邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性分析常采用平面應(yīng)變簡(jiǎn)化方法，不能正確描述復(fù)雜地震波在近區(qū)巖土介質(zhì)中產(chǎn)生的散射問題。本研究課題是針對(duì)地震荷載作用下錨固邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性和錨索性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性研究課題。項(xiàng)目以錨固邊坡和地基無限域構(gòu)成的開放系統(tǒng)為研究對(duì)象，在總結(jié)、收集和歸納現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及技術(shù)資料基礎(chǔ)上，開展了巖質(zhì)邊坡地質(zhì)調(diào)查和常見支護(hù)結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)性能調(diào)查。在此基礎(chǔ)上，采用解析計(jì)算、數(shù)值仿真等手段，建立預(yù)應(yīng)力錨索數(shù)值模型和上覆紅粘土巖質(zhì)邊坡三維邊坡模型，篩選邊坡破壞模式的界定方法與分化規(guī)律，研究錨固邊坡及其鄰近地基介質(zhì)中由來自地基無限域中的入射地震波產(chǎn)生的波動(dòng)，提出邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的簡(jiǎn)化算法，闡明地震波作用下錨索軸力響應(yīng)時(shí)程和錨固邊坡動(dòng)力響應(yīng)的基本規(guī)律。 在理論分析的同時(shí)，采用室內(nèi)巖石聲發(fā)射試驗(yàn)，錨固邊坡沖擊荷載試驗(yàn)，錨索靜力、動(dòng)力性能試驗(yàn)，研究和改進(jìn)錨索防震結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)壓力型錨索基礎(chǔ)上，開發(fā)出具備與邊坡變形和滑坡推力主動(dòng)協(xié)調(diào)的自適應(yīng)錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用到小型錨固巖質(zhì)邊坡的模型試驗(yàn)中，闡明具有機(jī)械耗能機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載傳遞機(jī)理與動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，以含軟弱層順傾巖體邊坡和上硬下軟坡面風(fēng)化巖體邊坡為研究對(duì)象，開展了大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了地震作用下巖質(zhì)邊坡中錨索-漿體-圍巖界面上的剪切作用，提出基于抗震錨索變形特性的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)與安全標(biāo)準(zhǔn)，為地震作用下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析提供理論依據(jù)。 錨固邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性與自適應(yīng)錨索抗震機(jī)制的研究，不僅可為山地震區(qū)公路設(shè)計(jì)的地質(zhì)選線、路塹邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算以及工程抗震措施的優(yōu)化提供理論依據(jù)，而且有利于增強(qiáng)路塹邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性，降低公路工程造價(jià)，減小路塹邊坡破壞帶來的經(jīng)濟(jì)損失，確保強(qiáng)震區(qū)的陸路交通生命線暢通，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，同時(shí)具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

大量震害調(diào)查資料表明，地震導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)所造成的災(zāi)害有時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地震直接損失。邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性分析常采用平面應(yīng)變簡(jiǎn)化方法，不能正確描述復(fù)雜地震波在近區(qū)巖土介質(zhì)中產(chǎn)生的散射問題以及邊坡中預(yù)應(yīng)力錨索的錨固控制機(jī)制。本項(xiàng)目擬采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、解析計(jì)算、數(shù)值仿真等手段，篩選邊坡破壞模式的界定方法與分化規(guī)律，建立錨固邊坡2.5D動(dòng)力穩(wěn)定性分析模型，利用有限元和無限元耦合方法研究錨固邊坡的動(dòng)力反應(yīng)及其近場(chǎng)散射效應(yīng)，探索第三維度對(duì)地震波傳播的影響，闡明壓力型錨索的加固機(jī)理與損傷特性。在此理論基礎(chǔ)上，采用邊坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，研究和改進(jìn)錨索防震結(jié)構(gòu)，揭示具備與邊坡變形和滑坡推力主動(dòng)協(xié)調(diào)的自適應(yīng)錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載傳遞機(jī)理與動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，提出基于抗震錨索變形特性的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)與安全標(biāo)準(zhǔn)。研究成果有助于增強(qiáng)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性，對(duì)強(qiáng)震區(qū)路塹邊坡的設(shè)計(jì)以及工程抗震措施的選取具有重要的理論意義與實(shí)際價(jià)值。

爆破動(dòng)力擾動(dòng)是高陡邊坡巖體失穩(wěn)的常見誘因。本項(xiàng)目以大型水利水電工程高陡邊坡巖體開挖爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的擾動(dòng)為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，研究了爆破動(dòng)力擾動(dòng)下高陡邊坡巖體的穩(wěn)定性。項(xiàng)目分析了邊坡體中爆破振動(dòng)荷載的傳播與衰減規(guī)律及其頻譜特性，揭示了邊坡爆破振動(dòng)放大效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理；研究了爆破振動(dòng)參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及潛在滑坡體的受力特征，建立了爆破振動(dòng)作用下邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的力學(xué)模型及其安全判據(jù)，研究了基于剛體極限平衡法的高陡邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定性分析方法，提出了邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)的確定方法。研究成果在大型水利水電工程建設(shè)、露天礦山開采、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。結(jié)合項(xiàng)目研究，已發(fā)表論文14篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄7篇；獲授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)，受理發(fā)明專利10余項(xiàng)，并獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)，培養(yǎng)研究生5名。 2100433B

我國(guó)山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形成大量高填方邊坡，不斷發(fā)生的強(qiáng)烈地震嚴(yán)重威脅邊坡穩(wěn)定和基礎(chǔ)設(shè)施安全。因此，開展地震作用下的高填方邊坡穩(wěn)定性研究，揭示地震邊坡失穩(wěn)模式、觸發(fā)機(jī)制及其影響顯得尤為必要。本項(xiàng)目首先試驗(yàn)研究靜/動(dòng)力荷載下土石料的劣化機(jī)制，確定裂面產(chǎn)生與擴(kuò)展準(zhǔn)則，建立滑裂面本構(gòu)模型；其次，改進(jìn)傳統(tǒng)數(shù)值分析方法，提出能夠模擬滑裂面產(chǎn)生及擴(kuò)展的連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值分析理論及相應(yīng)的求解算法，構(gòu)建邊坡地震響應(yīng)數(shù)值分析平臺(tái)；開展不同地震動(dòng)強(qiáng)度、水位、反壓等工況下的土石料超重力離心機(jī)模型試驗(yàn)；最后，結(jié)合數(shù)值模擬和超重力力學(xué)模型試驗(yàn)，再現(xiàn)了地震引發(fā)的邊坡失穩(wěn)滑坡過程，加深地震邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)。 2100433B

爆破動(dòng)力擾動(dòng)是高陡邊坡巖體失穩(wěn)的常見誘因。本項(xiàng)目以大型水利水電工程高陡邊坡巖體爆破開挖對(duì)邊坡穩(wěn)定性的擾動(dòng)為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)與模型試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，研究爆破動(dòng)力擾動(dòng)下高陡邊坡巖體的穩(wěn)定性。通過分析邊坡體中爆破振動(dòng)荷載的傳播與衰減規(guī)律及其頻譜特性，揭示邊坡爆破振動(dòng)放大效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理；研究爆破振動(dòng)對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的影響，建立爆破振動(dòng)參數(shù)與結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度變化間的數(shù)學(xué)模型；分析爆破振動(dòng)參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及潛在滑坡體的受力特征，提出爆破振動(dòng)作用下邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的力學(xué)模型及其安全判據(jù)，建立基于有限元及剛體極限平衡法的高陡邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定性分析方法，提出邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定的控制標(biāo)準(zhǔn)，形成系統(tǒng)的高陡巖質(zhì)邊坡爆破動(dòng)力穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)方法。研究成果在大型水利水電工程建設(shè)、露天礦山開采、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。