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原文传递锚索框架梁加固边坡的静动模型试验及抗震设计方法

论文题名：	锚索框架梁加固边坡的静动模型试验及抗震设计方法
关键词：	公路路基;边坡加固;锚索框架梁;抗震性能
摘要：	岩土锚固是通过埋设在地层中的锚杆，将结构物与地层紧紧地联锁在一起，依赖锚杆与周围地层的抗剪强度承受结构物传递的拉力或使地层自身得到加固，以保持结构物和岩土体的稳定。作为一种经济、有效的方法，岩土锚固技术已广泛应用于边坡稳定等工程。通过对“5.12”汶川地震公路边坡及锚固工程的震害调查发现，采用锚索框架梁加固的边坡具有较好的抗震性能，但是对于此种结构，目前国内外在静力设计方面已开展了大量的研究，而对抗震机理的研究较少，这也使得这一工程结构类型在抗震方面的运用上受到了很大限制。鉴于此，本文基于汶川地震路基及边坡震害调查结果，设计并完成了土工离心机模型试验、岩锚体系动态拉拔试验和大型振动台模型试验，论文成果不仅完善了锚索框架梁的静力设计和抗震设计方法，而且对路堑高边坡的加固设计具有重要的参考价值。本论文取得的主要成果和结论有: 　　(1)汶川震区公路路基及边坡震害调查　　对“5.12”汶川地震四川、甘肃、陕西地震灾区国省干道和部分县乡道路约7081km进行了详细调查，总结了路堑边坡震害与震中距、岩土类型、边坡高度、坡角、断裂带夹角的关系:发现了未防护的边坡震害与坡高有正相关关系，有防护的边坡与边坡高度的关系不明显，得出了根据边坡的岩性、风化程度等选择不同的防护措施，丰富了震害调查资料数据库，为高烈度区边坡的支挡结构选型提供依据。　　(2)锚索框架梁在静力条件下的变形特性及设计方法　　利用离心机模型试验和FLAC3D数值计算得出了锚索框架梁上的土压力和弯矩分布规律，在锚索作用点位置附近存在着较大的正弯矩，土压力在梁中部位置较大，两端则相对较小，因此不能简单的将地基反力视为均匀分布或线性分布以进行简化计算。同时，边坡岩土体（地基）材料和锚索锚固力的不同对框架梁受力情况存在着较大影响。Winkler初参数法能较好地反映锚索框架的实际工作状态，推荐在框架梁的设计计算时优先采用。　　(3)岩锚体系在动态荷载作用下的粘结特性　　设计并完成了10组室内锚固系统的动力加载试验，分别测得锚固体系粘结面上的应变和锚头位移，得出了加载周期降低会引起体系的极限承载力下降，提出了锚固体系破坏分为弹性变形阶段、界面初期脱粘阶段、截面脱粘发展阶段和界面完全脱粘阶段，并基于破坏过程中不同阶段的临界位移给出了岩锚体系设计的位移控制原则。　　(4)预应力锚索框架梁加固边坡的抗震机理　　通过锚固边坡的振动台模型试验，得到边坡体内部的加速度、位移分布规律，锚索轴力和框架梁上位移的分布特性，发现:①边坡体内部的变形与框架梁面上的变形不一致，这是因为在框架梁的加固下，地震虽然使边坡浅表层出现掏空、滑塌的现象，但边坡整体稳定性仍然较好;②在低烈度地区按现有的锚索受力均摊原则可满足要求，但对于高烈度地区的锚固体系设计应考虑对边坡上、下区域进行分区设计，以达到设计的合理、安全。　　(5)预应力锚索框架梁抗震设计方法　　利用FLAC3D数值软件计算结果验证了振动台模型试验结果的可靠性，推导了考虑水平向、竖向地震加速度和水共同作用下锚固边坡的稳定性系数计算方法，依据集中质量法给出了锚索自由段轴力在水平地震作用下的计算公式。
作者：	马洪生
专业：	地质工程
导师：	胡卸文
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文