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地震荷载作用下高填方路堤动力响应分析

作　者: 何国先
导　师: 杨成忠
学　校: 华东交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高填方路堤 地震荷载 反应谱分析法 动力响应 土工加筋
分类号: U416.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


我国地处于世界两大地震带—欧亚地震带与环太平洋地震带之间,是个地震灾害严重的国家。随着我国改革开放政策的不断深入,西部地区公路工程的建设也得到了快速发展。西部山区的地形地貌条件十分复杂,路线中的高填深挖工程是不可避免的,因此高填方路堤已成为西部山区很常见的一种路基型式。考虑到道路的经济性和填挖平衡,高路堤采用土石料填筑已是一种发展趋势,但是这种高填石路堤一旦遭遇地震破坏,势必会给整个路堤造成严重的工程破坏,不但带来了巨大的经济损失而且给救灾行动带来很大阻碍。目前,我国针对高路堤抗震方面的研究很少,高路堤的建设也缺乏相应的系统理论和实践指导。因此,本文结合沪蓉西高速公路填筑高度达72m的干沟高填石路堤,应用专业软件Geoslope2004,建立二维有限元模型,采用等效线弹性理论,模拟地震荷载作用下高填方路堤的动力响应变形性状,分析了填筑高度、边坡坡度、填土类型、地震烈度和地震波类型对高路堤动力响应的影响,并通过对路堤土工加筋研究了土工格栅在路堤抗震中的作用,获得的主要成果如下:(1)在阅读了大量的相关文献的基础上,系统的归纳总结了高路堤的研究现状及其发展,概况了传统的静力稳定性分析法和动力稳定性分析法,还有地震反应谱法等边坡稳定性分析法的发展、应用和特点,并指出边坡动分析中主要研究的内容和存在的缺陷,反应谱分析法势必会成为今后工程边坡动稳定性分析法中的常用方法。(2)选取典型高路堤横断面建立有限元分析模型,输入地震波模拟地震荷载作用下高路堤的动力响应,并通过改变路堤填筑高度、边坡坡度、填土类型、地震烈度和地震波类型来分析这些因素对路堤动力响应的影响,结果表明:路堤填筑高度、填土类型和地震烈度对路堤动力响应影响很大;而边坡坡度和地震波类型对路堤动力响应也有一定的影响,但是效果比前三种因素较小。得出在实际工程许可的情况下,降低路堤高度、选取强度好的填土和提高路堤抗震震级设计都可以很好的降低路堤的动力响应。(3)通过对高路堤进行土工加筋,对比分析路堤加筋前后的动力响应变化,结果表明:路堤加筋后的动力响应和提高路堤填土强度、弹性模量及粘聚力的动力响应有相似的效果,这也符合土工加筋理论中的准粘聚力原理。路堤加筋后,路堤的侧向位移明显减小了36.22%,从而可以有效的防止边坡的滑移和路堤整体的开裂,土工格栅对路堤竖向位移减小并不明显,但还是可以很好的抑制路堤的整体沉降和提高路堤的抗震性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要符号说明  9-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 问题的提出与背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 高填路堤稳定性分析  11-12
    1.2.2 地震作用下高路堤动力响应分析  12-13
    1.2.3 土工加筋在高路堤防震中的应用  13-14
    1.2.4 地震反应谱理论的发展  14-16
  1.3 本文的主要研究内容与方法  16-17
第二章 高路堤边坡稳定性分析基本理论  17-35
  2.1 引言  17
  2.2 边坡静力分析法  17-21
    2.2.1 瑞典圆弧滑动法  18-19
    2.2.2 简化毕肖普法  19-21
    2.2.3 极限平衡法的其他计算方法  21
  2.3 边坡动力分析法  21-24
    2.3.1 拟静力分析法  21-22
    2.3.2 Newmark滑块分析法  22-23
    2.3.3 有限元法  23-24
  2.4 反应谱理论  24-28
    2.4.1 地震动特性  25-26
    2.4.2 反应谱理论  26-27
    2.4.3 弹塑性反应谱  27-28
    2.4.4 非一致激励法和虚拟激励法  28
  2.5 土的本构模型  28-34
    2.5.1 土的变形特性  29-31
    2.5.2 本构模型  31-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 沪蓉西高速公路高路堤地震动力响应实例分析  35-68
  3.1 引言  35
  3.2 工程概况  35-37
  3.3 方案选择与建立计算模型  37-42
    3.3.1 Geoslope软件简介  37-38
    3.3.2 分析方案的选择  38-41
    3.3.3 建立计算分析模型  41-42
  3.4 计算结果分析  42-66
    3.4.1 路堤填筑至16m时动力响应分析  42-48
    3.4.2 路堤填筑至32m、48m、64m动力响应分析  48-52
    3.4.3 路堤填筑至72m动力响应分析  52-58
    3.4.4 不同条件下路堤稳定性分析  58-60
    3.4.5 地震动力响应的影响因素  60-66
  3.5 本章小结  66-68
第四章 土工加筋在高路堤抗震中的作用  68-77
  4.1 土工加筋原理与应用  68-71
    4.1.1 摩擦加筋原理  68-69
    4.1.2 准粘聚力原理  69-70
    4.1.3 土工加筋的应用  70-71
  4.2 地震作用下加筋高路堤模拟分析  71-76
    4.2.1 材料参数与分析方案  71-72
    4.2.2 计算结果分析  72-76
  4.3 本章小结  76-77
第五章 结论与展望  77-79
  5.1 主要结论  77-78
  5.2 展望  78-79
参考文献  79-83
个人简历在读期间发表的学术论文  83-84
致谢  84

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 路基、路面工程 > 路基工程 > 路堤
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