地震作用下土钉支护边坡震后位移计算

作     者：李英俊 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏元友

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：土质边坡 土钉 地震 极限平衡 Newmark滑块位移方法 震后位移 

摘      要：当前我国处于经济快速发展的时期,在交通、水利和矿山等工程建设中会出现大量高边坡问题。与此同时,我国地处世界上两条活跃的地震带之间,强震分布范围较广,破坏性地震几乎遍布全国。在地震力作用下,边坡会产生不同形式的变形与破坏,严重的边坡失稳会酿成巨大的地质灾害。由于地震作用动力特性的复杂性,地震作用下的边坡稳定性评价仍存在许多问题需要进一步研究,因此,开展地震作用下边坡稳定性评价研究有其理论意义与工程实用价值。采用边坡震后位移作为评价指标评估地震作用下边坡稳定性在工程中被广泛应用,边坡震后位移计算通常使用Newmark滑块位移法。但在锚固边坡震后位移计算中,通常假设在地震时程中锚固段的拉拔力为恒定值,然而这并不符合实际。在地震力作用下,边坡锚固段承受的拉拔力实际上是随地震时程而实时动态变化的。基于此,本文针对地震作用下土钉支护边坡震后位移计算问题,在土钉锚与土层界面相互作用分析基础上,采用极限平衡法与Newmark滑块位移法,考虑土钉拉拔力在地震时程的实时动态变化,对土钉支护边坡震后位移计算方法进行了改进,并对改进后计算方法的合理性进行了验证。本文的主要工作内容为:（1）介绍了几种常用的锚固段荷载传递函数模型及模型的参数取值方法,分析了土钉锚与土层界面的应力与应变关系,并选择了一次跌落软化模型作为土钉锚与土层界面相互作用的荷载传递函数模型。（2）基于土钉弹性支座假设,考虑了地震作用时边坡滑动体实时动态滑移对土钉受力的影响,结合极限平衡法与Newmark滑块位移法,推导了土钉受力实时动态变化计算表达式,建立了考虑土钉受力实时动态变化的土钉支护边坡震后位移计算模型,提出了一种地震作用下土钉支护边坡震后位移计算改进方法。（3）结合算例,采用本文提出的改进方法,分析了边坡土钉在地震时程的实时受力动态变化,比较了改进前后两种计算方法获得的边坡震后位移的差异。结果表明,在土钉受力方面,本文提出的改进方法反映了土钉轴力在地震时程会随着边坡滑动体位移的增加,呈先增加至极限拉拔力后跌落至残余拉拔力的特点;在边坡震后位移方面,改进方法较传统方法计算所得的边坡震后位移要小,且随着边坡整体稳定性的提高,两种方法计算的边坡震后位移及相差均呈减小趋势。（4）结合相关文献的土钉支护边坡振动台模型试验数据,对比分析了改进前后两种计算方法获得的边坡震后位移与边坡振动台模型试验实测震后位移的差异,验证了本文改进方法的合理性。