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地震作用下岩质高边坡的非线性动力反应分析

作　者: 陈天红
导　师: 刘云贺；张伯艳
学　校: 西安理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 岩质边坡 地震稳定性 LDDA 动接触力迭代算法 人造地震动 时域法 粘弹性人工边界 自由场地震响应
分类号: TV223.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 400次
引　用: 3次
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内容摘要


随着近年来我国基本建设力度的加大和西部大开发战略的顺利实施,工程建设中遇到的岩质边坡稳定问题相应的增多,尤其是地震引发的边坡失稳地质灾害现象非常严重。因此,对地震作用下的岩质边坡动力响应规律和动力稳定性问题进行研究具有重要的理论和现实意义。本文针对岩质边坡在地震荷载作用下的响应规律和稳定性问题开展了一些初步的研究工作。本论文主要做了以下研究工作:1、系统地总结了岩质边坡地震稳定性分析方法的进展、应用及特点,作了简要评述,指出了岩质边坡地震反应分析需要解决的一些问题。2、介绍了具有拉格朗日乘子的不连续变形分析理论(LDDA理论),详细列出了用LDDA方法求结构位移、速度和加速度反应的递推公式,给出了瑞利阻尼的取值和计算时间步长的估算公式;同时,介绍了计算动接触力的迭代求解算法——改进的Uzawa迭代算法及LDDA程序,最后采用两个算例验证了LDDA程序具有较高的计算精度。3、针对工程抗震分析中所必需的加速度数据及我国实测地震记录的缺乏,介绍了一种合成具有较高收敛精度的人造地震动的简易方法——时域法。结合工程实例,用时域法生成了与《水工建筑物抗震设计规范》规定的设计反应谱相拟合的人工地震动时程,实现了地震动的人工合成,所得计算结果已被实际工程的抗震分析所采用。4、提出基于粘弹性人工边界条件的岩质边坡地震输入的自由场输入模型,模型使用了合成人工地震动的时域法及以粘弹性边界作为人工边界的时域有限元方法。该计算模型可以仿真地震动从深部基岩向上传播的过程,并且考虑了无限地基辐射阻尼的影响,因此获得的地震动更真实,是一种可行的边坡地震输入模型。5、采用LDDA方法对岩质高边坡进行地震反应分析,以某重大水利工程的边坡为例,求解了该边坡的地震反应,模拟了该边坡中不连续面在地震过程中的开张和闭合现象,详细分析了该河谷边坡的放大效应,总结出了河谷边坡在地震作用下的动力响应规律。计算结果表明:LDDA方法可以用于具有不连续面(节理或者断层面)的岩质边坡的动力分析。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 选题的背景及意义  9-11
  1.2 岩质边坡地震稳定分析理论的研究进展综述  11-20
    1.2.1 岩质边坡变形破坏的分类  11
    1.2.2 岩质高边坡地震稳定分析的不易性  11-12
    1.2.3 边坡岩土体地震反应分析方法  12-19
    1.2.4 边坡的地震动输入  19-20
  1.3 边坡地震稳定性研究需要解决的问题  20-21
  1.4 本文的主要工作  21-23
第二章 LDDA理论与计算机程序  23-41
  2.1 概述  23-25
  2.2 LDDA基本理论  25-35
    2.2.1 系统的动力平衡方程  25-26
    2.2.2 有限元方程组  26-33
    2.2.3 瑞利阻尼系数的取值  33-34
    2.2.4 时间步长的选择  34-35
  2.3 动接触力的迭代算法  35-36
  2.4 LDDA的计算机程序  36-37
  2.5 LDDA算例  37-40
  2.6 本章小结  40-41
第三章 输入地震动的人工合成  41-51
  3.1 概述  41
  3.2 输入地震动的人工合成  41-45
    3.2.1 比例法  42
    3.2.2 三角级数法  42-43
    3.2.3 时域法  43-45
  3.3 工程实例  45-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章 边坡稳定分析的地震输入模型  51-65
  4.1 引言  51-52
  4.2 人工边界概述  52-53
  4.3 粘弹性人工边界  53-57
    4.3.1 三维粘弹性人工边界法向条件  54-55
    4.3.2 三维粘弹性人工边界切向条件  55-56
    4.3.3 三维粘弹性人工边界  56-57
  4.4 粘弹性人工边界上的波动输入  57-58
  4.5 自由场的计算  58-63
    4.5.1 SHAKE91程序简介及其基本原理  58-61
    4.5.2 算例分析  61-63
  4.6 边坡稳定分析的地震输入模型  63-64
  4.7 本章小结  64-65
第五章 工程实例  65-77
  5.1 工程概况  65
  5.2 边坡的地质条件  65-66
  5.3 研究内容及方法  66
  5.4 数值模型的建立  66-68
    5.4.1 计算模型  66-68
    5.4.2 材料参数的选取  68
    5.4.3 坝址地震动的合成  68
  5.5 计算结果分析  68-76
    5.5.1 缝隙的动力模拟  68-71
    5.5.2 坝址河谷的地震反应分析  71-76
  5.6 本章小结  76-77
第六章 结论与展望  77-79
  6.1 主要研究工作与结论  77-78
  6.2 展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录A  84

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水工勘测水工设计 > 地基基础及其加固 > 岩石地基和半岩石地基及其加固
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