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循环荷载下土钉支护边坡的力学响应研究

作　者: 廖新贵
导　师: 祝方才
学　校: 湖南工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 土钉支护循环荷载模型试验数值模拟面板位移坡顶沉降土钉轴力
分类号: TU472
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

土钉支护以其施工简便,低成本和良好的支护性能广泛应用于基坑,边坡支护,巷道围岩支护中。大量工程实践、试验研究与理论分析计算业已证明,土钉支护具有良好的抗动载性能和优越的经济技术效果。但是随着经济建设的发展,车流量和载重量的增加,交通荷载对土钉支护边坡的受力、变形特性的影响越来越大。国内外对动载作用下土钉支护边坡的稳定性研究研究鲜有报道。为此,笔者通过模型试验和数值计算研究了循环荷载作用下土钉支护边坡的稳定性。设计了循环荷载下土钉支护边坡室内模型。依据正弦波波形进行力控制加载,加载频率为2Hz,加载次数为10000次,设计了10-30、30-50、50-70kN三种加载幅值。发现面板位移和坡顶沉降在周期加载初期出现明显的累积效应,当加载到一定次数后,累积效应逐渐衰减,面板位移最终趋于稳定,表现为弹性变形。为便于对比,利用ADINA有限元分析软件,基于Mohr-Coulomb准则,建立了平面应变有限元模型。研究发现,面板位移及坡顶沉降表现出与模型试验相似的累积特征;累积效应随加载次数的增加呈显著的衰减趋势;循环荷载下土钉轴力的累积效应并不明显。研究了荷载作用下荷载频率、面板刚度、剪胀性对土钉支护边坡稳定性的影响。研究发现荷载频率对支护体稳定性的影响较大,面板位移随加载频率的增大而近似的成线性增长。面层厚度、面层模量、剪胀性对支护体稳定性影响不大。研究发现无论是模型试验还是数值计算,循环荷载作用下的支护体位移与土钉轴力均表现出一定的累积效应,并与载荷幅值存在较大的相关关系。通过模型试验和数值模拟两部分的对比分析,得出了一系列结论,为工程实践提供参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-20
  1.1 土钉支护技术的概念、特点及应用范围  9
  1.2 土钉支护的历史和发展  9-10
  1.3 国内外土钉支护技术的研究现状  10-16
    1.3.1 土钉支护的试验研究  11-14
    1.3.2 土钉支护的理论分析  14-16
  1.4 土钉工作机理简述  16-17
  1.5 研究背景、目的及意义  17-19
    1.5.1 研究背景  17-18
    1.5.2 研究目的  18
    1.5.3 研究意义  18-19
  1.6 本课题研究的主要内容和方法  19-20
第二章土钉支护边坡试验研究  20-32
  2.1 概述  20
  2.2 试验参数  20-21
  2.3 土与混凝土块的接触特性研究  21-25
    2.3.1 试验用直剪仪  22
    2.3.2 直剪试验  22-23
    2.3.3 压实度对接触面接触特性的影响  23-24
    2.3.4 含水量对接触面强度指标的影响  24-25
  2.4 土钉支护模型试验  25-31
    2.4.1 试验装置与试验准备  25-27
    2.4.2 土钉轴力与面板位移  27-29
    2.4.3 土钉轴力的累积效应  29-30
    2.4.4 面板位移的累积效应  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章有限单元法及ADINA软件介绍  32-44
  3.1 有限单元法的基本思想  32
  3.2 有限元法求解过程  32-38
    3.2.1 静力有限元法的求解步骤  32-35
    3.2.2 动力有限元法的理论基础  35-38
    3.2.3 动力方程中阻尼的计算  38
  3.3 土的弹塑性模型  38-39
  3.4 ADINA系统概述及其在土木工程中的应用  39-44
    3.4.1 ADINA系统概述  39-40
    3.4.2 ADINA在土木工程中的应用  40-44
第四章土钉支护工作性状的有限元分析  44-59
  4.1 加载方式与求解过程控制  44
  4.2 有限元模型  44-46
  4.3 计算结果及分析  46-48
    4.3.1 面板位移  46
    4.3.2 面板位移的累积效应  46-47
    4.3.3 坡顶沉降  47-48
    4.3.4 土钉轴力  48
  4.4 加载频率对土钉支护边坡稳定性的影响  48-50
    4.4.1 不同加载频率下的面板位移  48-49
    4.4.2 不同加载频率下的土钉轴力  49-50
  4.5 面层刚度对支护边坡稳定性的影响  50-51
  4.6 剪胀性对边坡支护稳定性的影响  51-52
  4.7 有限元计算与试验结果对比性分析  52-55
    4.7.1 轴力对比  52-53
    4.7.2 面板位移对比  53-55
  4.8 荷载作用下边坡失稳准则初步探讨  55-57
    4.8.1 失稳的临界状态  55
    4.8.2 基于强度折减的弹塑性有限元分析  55-57
  4.9 本章小结  57-59
第五章结论与展望  59-61
  5.1 本文研究工作的总结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间的科研与论文发表情况  64-65
致谢  65

循环荷载下土钉支护边坡的力学响应研究

内容摘要

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