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原文传递基于数值模拟软件的重力式挡墙抗震性能研究

论文题名：	基于数值模拟软件的重力式挡墙抗震性能研究
关键词：	重力式挡墙;边坡支护;模态分析;抗震分析
摘要：	地震作为一种突发式的自然灾害，不仅直接造成人民生命财产的巨大损失，而且伴随或诱发许多地震地质灾害，而我国多山地、多地震的地理地质条件带来了大量和地震作用有关的边坡支护问题。随着西部大开发战略的实施，更多的公路将在山区修建，穿越强震区和破裂带不可避免，公路工程支护结构的地震稳定性的研究尤为重要。　　地震效应对边(滑)坡的影响是一个复杂的动力过程，而现行的《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)中，边(滑)坡支护的地震稳定性分析仍采用基于极限平衡理论的拟静力法，严重影响了从定量角度进行地震灾势评估。从学科趋势来看，基于地震反应分析的动力分析理论是发展的方向，但动—静力学两种设计方法在相当长一个时期内会有一个协调过渡过程，仍处于需进一步探究的阶段。本文以汶川地震高烈度地震区路段都汶路为实验线，运用有限元软件ANSYS对沿线的重力式挡土墙支挡的路肩挡墙支护进行自振频率分析。运用有限差分数值分析软件FLAC3D对重力式挡墙的四种型式进行了抗震性能的对比研究。挡墙主要有三种破坏模式：挡土墙沿施工缝外倾错位；挡土墙纵向水平方向鼓胀、开裂。通过理正岩土设计重力式挡土墙的四种形式：衡重式、墙背仰斜式、墙背俯斜式、墙背直立式，使其在静力作用下支挡效果一致，并且在震级7度、8度、9度作用下都是稳定的。再通过FLAC3D比较分析它们在不同地震烈度作用下的动力响应，看哪一种墙背型式的抗震效果最好。此研究对设计工作者在考虑地震作用时，选用较好抗震性能的挡墙形式具有重要的理论意义和实践意义。　　本文的研究内容和成果如下：　　 1.运用基于ANSYS的模态分析，对都汶路上的26个路堑重力式挡土墙工点进行了模态分析，得到它们的前三阶频率，及对应前三阶振型，发现前三阶振型恰恰与挡土墙的三种破坏模式一致。即滑动破坏、倾覆破化、横向错位。由此可预测挡墙的破坏频率，由于地震是低频的，以此优化挡土墙的频率，使其避开地震低频。　　 2、随着挡墙高度的增高，模型的自振频率逐渐降低，阻尼比逐渐增大，这是动力特性变化的基本规律。同时亦表明，自振频率作为衡量振动对模型影响的指标是比较灵敏的，能充分反映模型微观特征的变化情况。　　 3、由FLAC3D分析了重力式挡土墙的抗震性能，重力式挡土墙是最常用的挡土墙，根据墙背型式的不同，又分为四种，但是设计者在设计时很少考虑到这四种墙型的抗震性能。分析从5方面进行了对比分析，地震作用后的剪切应变增量(即塑性应变区)，挡墙顶、挡墙底的X残余位移(垂直于挡墙方向)，挡墙顶部的残余应力(土压力)，挡墙顶的最大加速度。得出的结果恰恰与理正得出的结果一致，俯斜式挡土墙的抗震性能最好，衡重式次之，直立式较之，仰斜式最差。以此建议在地震区挡墙设计，俯斜式优先考虑。　　 4、随着震级的增大，抗震性能的好坏也越来越明显。各比较量之间的差距也越来越大。
作者：	陈丽
专业：	道路与铁道工程
导师：	王齐荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文