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原文传递高烈度地震区顺层高陡边坡失稳机理与控制对策

论文题名：	高烈度地震区顺层高陡边坡失稳机理与控制对策
关键词：	铁路工程;顺层高陡边坡;失稳机理;安全防护;高烈度地震区
摘要：	随着我国建设快速发展，建设于山区的大型、特大型水电工程、交通、市政等工程等与日俱增。特别是在川渝地区，因山区地质、地形条件较为复杂，地震灾害频发，工程沿线存在大量自然顺层高陡边坡和工程高切坡。汶川地震导致川渝等西南区域顺层高陡边坡危岩体处于临界崩塌状态。顺层高陡边坡失稳破坏会造成工程沿线重大经济损失和人员伤亡，开展高烈度地震区高陡岩质顺层边坡失稳机理与控制方法研究具有重要的学术价值与广泛的社会经济效益。本文以川渝地区顺层高陡边坡为研究对象，通过理论分析、数值模拟、室内试验和现场试验等手段，深入研究了高烈度震区顺层高陡边坡失稳机理，提出了高烈度地震区顺层高陡边坡稳定性的控制方法，取得了一系列有意义的研究成果。　　(1)基于边坡失稳破坏特性资料的收集与分析，总结归纳了顺层高陡边坡的结构特征及破坏模式，针对川渝地震区顺层高陡边坡的特点，提出了考虑地震效应的高烈度震区顺层高陡边坡的典型破坏模式。　　(2)基于顺层边坡小变形理论，建立了顺层高陡边坡失稳力学模型，提出了顺层高陡边坡小变形屈曲破坏临界荷载的计算方法，揭示了不同厚度条件下无量纲荷载系数与岩板几何尺寸间的关系，建立了不同厚度顺层高陡边坡的失稳判据。本文计算结果与能量法计算结果具有很好的一致性。　　(3)基于顺层边坡非线性大变形理论，对顺层岩质高陡边坡失稳破坏机理进行了研究，建立了顺层岩质高陡边坡后屈曲大变形特性的计算方法，采用双重三角级数法提出了单向受力状态下顺层高陡边坡滑体失稳模式的判定方法，揭示了顺层岩质高陡边坡临界荷载尺寸效应规律及荷载位移变化规律。　　(4)建立了考虑竖向荷载和受荷段桩长等影响因素的顺层高陡边坡的抗滑桩受力模型，揭示了竖向荷载和受荷段桩长对抗滑桩受力特性的影响规律。基于横排桩间岩拱效应，建立了抗滑桩宽度、桩间距与岩拱拱圈厚度间的关系，提出了顺层高陡边坡防护抗滑桩桩径和桩间距的设计优化方法。基于数值模拟手段，分析了不同桩位的双排抗滑桩承载特性，建立了顺层边坡双排抗滑桩桩位的优化设计方法。　　(5)以成兰铁路成都至川主寺段站前工程某大型顺层高陡边坡为依托工程，开展了顺层高陡边坡失稳机制大比尺地质力学相似模型试验，揭示了顺层高陡岩质边坡的受力性状和变形破坏机理。基于三维相似理论，研制了高强组合钢结构试验台架、伺服液压加载系统和光栅光纤实时信息监测系统，揭示了不同滑体厚度及加载条件下顺层高陡边坡的变形和受力特性。根据顺层高陡边坡抗滑桩阻滑模型试验监测数据，分析了不同滑坡推力下抗滑桩桩身应变及抗滑桩失稳极限荷载的变化规律，揭示了顺层高陡边坡抗滑桩阻滑机理和防护效果。本文模型试验结果与理论计算结果具有较好的一致性。　　(6)基于剪切梁模型对顺层岩质边坡动力响应特性进行了分析，揭示了地震荷载作用下顺层岩质边坡的动力响应特性。根据ABAQUS数值模拟软件，分析了不同振幅、频率及地震波持续时间对不同厚度顺层边坡位移幅值的影响规律。根据地震作用下有无抗滑桩的顺层岩质边坡的承载特性，分析了抗滑桩的阻滑效应。　　本文基于高烈度地震区高陡岩质顺层边坡失稳机理与控制方法力学机理的研究，依托成兰铁路成都至川主寺段站前工程某大型顺层高陡边坡，综合采用理论分析、数值模拟和现场监测数据对比分析，建立了高烈度地震区高陡岩质顺层边坡失稳的控制体系。研究成果可为高烈度震区顺层高陡边坡稳定性分析及抗滑桩防护设计提供借鉴。
作者：	张骞
专业：	岩土工程
导师：	邬爱清;李术才
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文