边坡的动力响应及新型耗能预应力锚索抗震性能研究

• 作 者: 陈艺文
• 出 处: 石家庄铁道大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 边坡 地震 动力响应 耗能预应力锚索 FLAC3D

地震诱发滑坡是震区最主要的次生地质灾害,给人民群众的生命和财产安全带来了极大威胁。随着国家中长期铁路网规划的实施,多条高铁线路的修建将在地震频发的山区进行,因此对铁路沿线边坡的抗震设计提出了更高更迫切的需求。深入了解掌握地震作用下边坡的动力响应规律,有助于更好地挖掘地震作用下边坡的内在失稳机制,从而提出合理的稳定性评价体系,同时为边坡支挡结构的设计和使用提供合理的理论依据。预应力锚索是边坡柔性支护结构的典型代表,在地震作用过程中,可以产生一定量的弹性变形,近年来在滑坡防治工程中得到广泛应用。但是通常地震发生时,边坡滑体位移较大,容易导致锚索位移大于其极限变形值而发生索体破断,丧失支护功能。本文利用FLAC3D软件,探究地震作用下无支护边坡动力响应规律,在此基础上,提出一种新型耗能预应力锚索,研究了新型耗能预应力锚索支护边坡的抗震性能。论文主要结论如下:(1)在不同类型地震波的作用下,边坡的动力响应具有类似的规律。坡面水平位移从上往下逐步增大,在坡脚剪出口达到最大;坡面竖向永久位移自坡趾往上逐渐增加,在坡肩附近达到最大;坡面PGA放大系数沿坡面向上整体呈增大趋势。随着地震波幅值的增加,坡体位移和剪应变增量呈增大趋势,坡面同一位置的PGA放大系数降低,坡体危险监测点周围土体破坏程度加剧,边坡地震稳定性降低。随着土体粘聚力和内摩擦角的增加,边坡位移和剪应变增量减小,土体屈服频次降低,边坡地震稳定性提升。(2)提出了一种新型耗能应力锚索支护结构,其耗能锚头具有双重耗能机制,允许滑坡体发生可控的位移,可有效避免锚索被拉断,从而达到抗震耗能并保护锚索的目的。(3)与普通预应力锚索支护边坡相比,新型锚索支护边坡的永久位移有所增加,但仍处在相对安全的范围内,并且可通过加大锚头单元的抗拉屈服荷载可控地减小,适应具体边坡工程抗震的需要。边坡位移值在安全可控范围内的增加,充分发挥了坡体自身对地震输入能量的耗散能力。新型锚索支护边坡锚索的轴力、锚头下伏土压力、锚固段灌浆体剪应力普遍小于普通预应力锚索,使支护结构和边坡土体受力状态得到较大程度的改善。