边坡框架锚杆锚固系统力学行为及特性研究

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历次地震震害调查表明,边坡框架锚杆支护技术具有良好的抗震性能,然而,目前边坡框架锚杆锚固系统力学行为及特性研究,尤其是其动力领域极不成熟,严重滞后于工程应用,开展此项研究,对边坡锚固工程科学设计与安全评价均具有重要理论和工程实践意义。鉴于此,本文采用理论分析、数值模拟与工程资料对比验证等技术手段,在弄清边坡锚固系统锚杆静载拉拔受力机制的基础上,着重研究边坡锚固系统锚杆自由振动、锚杆共振效应、锚杆受迫振动、锚杆动力固坡效应以及坡面框架格梁受迫振动特性等。通过系统分析,得到以下几点认识:根据界面二阶段黏滑本构模型假定,推导了锚杆拉拔临界松动荷载理论公式、锚杆拉拔荷载与松动长度内在关系表达式;依据界面抗剪强度与残余强度之间大小关系,将锚杆拉拔松动破坏类型划分为渐进式和突发式两种类型,并给出了破坏类型定量判别标准及其所对应的锚杆拉拔极限荷载理论解;同时,以此为基础,给出了层状地层锚杆、缺陷锚杆锚固迭代计算方法与求解步骤,并开展此两种复杂情形下锚杆拉拔力学行为及特性分析。基于一定假定,建立了边坡锚固系统锚杆自由振动力学模型,给出了锚固系统自由振动控制方程及其边界条件;分别推导了无阻尼和有阻尼情形下有关系统固有频率或特征参数、振型理论计算公式;结合锚固工程抗震设防要求,给出了确定场地锚固工程危险区域与共振锚杆设计图谱的计算方法;同时,通过参数灵敏度分析,进一步揭示了影响锚固系统无阻尼固有频率和有阻尼特征参数的主要因素及其内在规律。基于锚杆微段动力受力分析,给出了锚固系统锚杆受迫振动动力平衡方程;分别推导了无阻尼和有阻尼情形锚杆简谐受迫振动力学响应理论解,同时还建立了锚杆受迫振动响应具体的有限差分格式,并结合MATLAB编程技术使其程序化,通过算例,相互验证方法的可行性与正确性,并指出了各方法的优劣及锚固系统锚杆受迫振动力学响应分析计算方法的选取原则;通过算例分析,揭示了在水平地震荷载作用下锚杆动力响应规律。通过FLAC数值模拟,在重新审视地震边坡岩土体变形破坏机制的基础上,通过不同工况下地震边坡位移场、应力场及典型单元应力状态的对比分析,进行了地震边坡加锚效应分析;同时,通过锚杆动力固坡效应参数影响分析,提出了一些指导边坡锚固工程抗震设计的参考建议。基于一定假定,建立了坡面框架格梁支护结构动力力学模型,推导了框架竖梁受迫振动动力平衡控制方程;获得了锚固系统无阻尼和有阻尼情形竖梁简谐受迫振动动力力学响应理论解析解;同时,根据有限差分原理,建立了框架竖梁受迫振动响应具体的有限差分格式及其计算流程,并采用MATLAB编程技术使其程序化;通过算例相互验证方法的可行性与正确性,并指出了各方法的计算特点;通过算例分析,揭示了在水平地震荷载作用下竖梁动力响应规律。
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