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原文传递桥基荷载作用下三维高边坡岩体力学行为及桥基位置确定的研究

论文题名：	桥基荷载作用下三维高边坡岩体力学行为及桥基位置确定的研究
关键词：	桥梁工程;桥基;岩体力学;边坡稳定性
摘要：	高陡边坡桥基位置不仅关系到高边坡的稳定和桥梁的安全，也直接关系到整个桥梁的技术指标和造价，随着计算机技术和岩土理论迅速发展，工程建设迫切希望提供更加可靠切实可行的高陡边坡桥基位置确定方法。三维条件下，论文利用数值分析和模型试验对荷载作用下高陡边坡岩体的力学行为特征进行了系统的分析，揭示三维条件下高边坡岩体力学行为规律并与二维结果相对比，提出三维条件下高边坡桥基位置设计方法，补充完善现有设计理论。本文主要完成以下几方面研究工作： (1)采用大型有限元分析软件ANSYS，对荷载作用下高边坡岩体应力特征和位移特征进行了详细三维有限元分析；对影响边坡力学行为特征的各种因素进行分析，包括坡度、荷载强度、桥基位置、桥基尺寸等。 (2)运用岩石破裂分析软件RFPA对代表单元等效体进行数值模拟试验，获取其横观各项同性物理力学参数；将层状边坡视为横观各向同性的连续体，采用“代表单元等效体”模型进行研究；提出对层状边坡稳定最不利和最有利的岩层倾角及层面与坡面间夹角；提出卸荷裂隙边坡最有利和最不利裂隙延伸方向角度。 (3)对坡面呈角型的特殊高边坡最危险面位置变化规律进行分析，引起位置变化因素包括荷载强度、坡度、桥基尺寸、桥基位置、顶面夹角等。 (4)二维和三维两种状态下，对荷载作用下的高边坡岩体力学行为特征和规律进行了对比分析，得出二维计算误差随荷载强度、桥基位置、裂隙性状等因素的变化规律。 (5)提出一般和特殊高边坡桥基本距离公式，分别为Sa=0.080649.a0.9511·L0.4306.[(1-0.8101B).q]0.4868和Sa=0.339663·a0.6701·L0.4355·β0.0286·[1-0.8588B)·q]0.398。考虑岩体质量确定均质边坡桥基距离Sf=Sa·Ssr,层状边坡桥基位置Sf=Sa·Ksφ·Ksr·Kω。编制《高边坡桥基位置简明表》，供道路建设中工程设计人员快捷参考查询。 (6)基于应力影响系数法对荷载作用下高边坡三维临界滑动面形态及位置进行初步判别，进一步研究了各因素变化对临界滑动面分布形态的影响，总结荷载作用下高边坡临界滑动线变化规律，提出荷载作用下高边坡临界滑动面范围确定公式，分别为： Pw=0.8444L-0.5098a+0.5759S+69.3716Ph=0.1148+0.171B+1.1725a+0.0733S-5.719 和Pw=-0.3607L-0.1266a+0.8805S+0.0394β+23.0096Ph=-0.3374L-0.0413B+0.8587a+0.0778S+0.2341β+11.3919(7)根据数值分析的结果设计模型试验，利用模型试验的原理，对荷载作用下高边坡进行模拟试验，模拟其应力位移特征和变形破坏模式，与数值分析结果对比验证。 (8)以马水河大桥工程为例，首先对该岸坡稳定性进行野外现场调查，利用本文方法确定桥基位置，对该桥位下边坡的力学行为特征进行详细分析，表明在本文确定的桥位下边坡是稳定的，桥基位置是合理的。为进一步验证本文确定桥基位置方法的合理性，还利用三维地质力学模型试验对边坡的位移特征及破坏模式进行研究，结果表明实际荷载作用下边坡的位移很小，对边坡的稳定性没有影响。通过多种方法的验证，证明本文确定桥位的方法是合理的。
作者：	王春雷
专业：	道路与铁道工程
导师：	谢强
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文