锚固边坡2.5D动力稳定性与自适应锚索抗震机制研究

A large quantity of survey data about seismic damage indicates the disasters caused by slope failures from the earthquake are sometimes far more than direct losses caused by the earthquake itself. The plane strain simplification method is often used to analyze slope stability, but it cannot correctly describe the scattering problem of complex seismic waves in near field of rock and soil media and the anchoring mechanism of a pre-stressed cable in the slope. This paper intends to make use of some methods such as on-site research, analytical calculation, numerical simulation and etc. in order to sift the definition methods and the disintegration law of the slope failure modes, while to establish 2.5D dynamic stability analysis model of anchored slope. The dynamic response and near field scattering effects of the anchored slope will be studied by the means of the coupling method of finite element and infinite element. The third dimension impact on seismic wave transmission will be explored. The reinforcement mechanism and damage characteristics of pressure-type cable will be clarified. Base these theories above, this paper will study and improve anchor quakeproof structure using slope shaking table model tests. The load transfer mechanism and dynamic response law of adaptive anchor will be revealed. The adaptive anchor would automatically adjust slope deformation and landslide thrust. The slope stability evaluation indicators and safety standards based on seismic anchor deformation characteristics will be proposed. The research findings help to strengthen dynamic stability of road slope. At the same time important theoretical and practical significance would be gained in the designs of cutting slope at earthquake zones and the select of engineering aseismic measures.

大量震害调查资料表明，地震导致的边坡失稳所造成的灾害有时远远超过地震直接损失。边坡动力稳定性分析常采用平面应变简化方法，不能正确描述复杂地震波在近区岩土介质中产生的散射问题以及边坡中预应力锚索的锚固控制机制。本项目拟采用现场调研、解析计算、数值仿真等手段，筛选边坡破坏模式的界定方法与分化规律，建立锚固边坡2.5D动力稳定性分析模型，利用有限元和无限元耦合方法研究锚固边坡的动力反应及其近场散射效应，探索第三维度对地震波传播的影响，阐明压力型锚索的加固机理与损伤特性。在此理论基础上，采用边坡振动台模型试验，研究和改进锚索防震结构，揭示具备与边坡变形和滑坡推力主动协调的自适应锚索支护结构的荷载传递机理与动力响应规律，提出基于抗震锚索变形特性的边坡稳定性评价指标与安全标准。研究成果有助于增强边坡动力稳定性，对强震区路堑边坡的设计以及工程抗震措施的选取具有重要的理论意义与实际价值。

大量震害调查资料表明，地震导致的边坡失稳所造成的灾害有时远远超过地震直接损失。边坡动力稳定性分析常采用平面应变简化方法，不能正确描述复杂地震波在近区岩土介质中产生的散射问题。本研究课题是针对地震荷载作用下锚固边坡的动力稳定性和锚索性能优化设计的创新性研究课题。项目以锚固边坡和地基无限域构成的开放系统为研究对象，在总结、收集和归纳现有国内外相关文献及技术资料基础上，开展了岩质边坡地质调查和常见支护结构抗震减灾性能调查。在此基础上，采用解析计算、数值仿真等手段，建立预应力锚索数值模型和上覆红粘土岩质边坡三维边坡模型，筛选边坡破坏模式的界定方法与分化规律，研究锚固边坡及其邻近地基介质中由来自地基无限域中的入射地震波产生的波动，提出边坡动力稳定性的简化算法，阐明地震波作用下锚索轴力响应时程和锚固边坡动力响应的基本规律。. 在理论分析的同时，采用室内岩石声发射试验，锚固边坡冲击荷载试验，锚索静力、动力性能试验，研究和改进锚索防震结构。在传统压力型锚索基础上，开发出具备与边坡变形和滑坡推力主动协调的自适应锚索支护结构，并将其应用到小型锚固岩质边坡的模型试验中，阐明具有机械耗能机构的自适应锚索支护结构的荷载传递机理与动力响应规律。在此基础上，以含软弱层顺倾岩体边坡和上硬下软坡面风化岩体边坡为研究对象，开展了大型振动台试验，研究了地震作用下岩质边坡中锚索-浆体-围岩界面上的剪切作用，提出基于抗震锚索变形特性的边坡稳定性评价指标与安全标准，为地震作用下岩质边坡稳定性分析提供理论依据。. 锚固边坡动力稳定性与自适应锚索抗震机制的研究，不仅可为山地震区公路设计的地质选线、路堑边坡的稳定性计算以及工程抗震措施的优化提供理论依据，而且有利于增强路堑边坡的动力稳定性，降低公路工程造价，减小路堑边坡破坏带来的经济损失，确保强震区的陆路交通生命线畅通，具有良好的经济和社会效益，同时具有较强的工程应用价值。