地震—渗流耦合作用下预应力锚索边坡稳定性研究

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由于当年的汶川大地震以及后续的青海玉树地震、舟曲山洪泥石流都因边坡的失稳滑坡给人们造成了巨大损失,其中地震与降雨是影响边坡稳定性的重要原因,同时也是近年来众多学者研究的重点。鉴于此,本文以重庆市两江协同创新区某展示楼北侧人工凿石和自然共同作用下形成的天然陡崖为依托工程,通过FLAC3D软件建模,对该工程天然边坡与预应力锚索边坡在地震与降雨作用下的动力稳定性问题进行分析研究,揭示边坡与预应力锚索动力响应规律。研究成果具有一定的理论价值与实际工程意义,主要研究内容及成果如下:(1)通过阅读大量国内外文献,厘清了地震作用、降雨作用、两者共同作用下对边坡的影响因素以及边坡破坏机理,并介绍了一种地震与降雨共同作用下边坡安全系数简便计算方法。(2)利用FLAC3D软件对地震下该边坡变形与稳定性进行数值模拟得出:随地震加速度峰值的增大,边坡浅层出现拉应力并随之增大;测点PGA放大系数逐渐降低;测点的峰值位移呈指数型增长,支护效用先增后减;0.20g幅值下边坡下半部锚索出现锚固段砂浆与岩体的滑移破坏,0.40g时全部锚索破坏;边坡的安全系数均呈指数型下降,0.20g幅值下分别为1.15、1.24,边坡基本稳定,0.40g时分别为0.81、0.89,边坡不再稳定。(3)对降雨下该边坡变形与稳定性进行数值模拟得出:随降雨持时的增加,边坡浅层测点基质吸力陡降后趋于平稳;浅层的拉应力先增后减;边坡两方向的位移相比地震大幅减小;支护结构未因降雨发生破坏;安全系数减小,但减小趋势逐渐减缓,72h后两种边坡安全系数分别降低0.25、0.23。(4)对耦合作用该边坡变形与稳定性进行数值模拟得出:相比地震作用,随地震加速度峰值的增大,边坡浅层的拉应力值增大约22%;测点PGA放大系数明显更大,但其的减小幅度更小;地震使得测点基质吸力继续降低;位移中支护效用降低约8%;因雨水入渗作用,锚索在0.10g幅值下开始发生破坏,0.20g时已全部破坏;安全系数大幅下降,0.10g幅值下分别为1.18、1.25,边坡基本稳定,0.20g时分别为0.86、0.89,边坡不再稳定;预应力设计值与锚固段长度对边坡安全系数影响较大,且存在一最优值,而锚固角度对边坡安全系数影响并不明显。
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