【摘 要】
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边坡失稳一直以来是国内外专家学者研究的重点之一,我国每年由于边坡失稳造成不可估量的财产损失和大量人员伤亡。植被混凝土护坡作为一种环境友好型护坡技术,可以改善工程周边生态环境,提升边坡经济效益。本文对课题组研发的新型植被混凝土护坡进行地震降雨耦合作用下的稳定性分析,通过ADINA对京台高速公路改扩建工程的生态护坡和桥台锥坡进行数值分析,首先通过与已有文献中振动台模型试验对比分析,验证了本文数值模拟方
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边坡失稳一直以来是国内外专家学者研究的重点之一,我国每年由于边坡失稳造成不可估量的财产损失和大量人员伤亡。植被混凝土护坡作为一种环境友好型护坡技术,可以改善工程周边生态环境,提升边坡经济效益。本文对课题组研发的新型植被混凝土护坡进行地震降雨耦合作用下的稳定性分析,通过ADINA对京台高速公路改扩建工程的生态护坡和桥台锥坡进行数值分析,首先通过与已有文献中振动台模型试验对比分析,验证了本文数值模拟方法的高效性,然后分析生态护坡、桥台锥坡在地震单独作用、降雨入渗以及地震降雨耦合三种工况下稳定响应规律。进一步论证新型植被混凝土护坡技术在京台高速公路泰安至枣庄(鲁苏段)改扩建工程的可适用性,有利于该技术的推广普及。主要研究内容及结论如下:(1)通过ADINA分析文献中生态护坡和天然边坡在1m/s~2人工波作用下垂向监测点PGA加速度放大系数和动土压力响应峰值、坡面监测点PGA加速度放大系数和坡肩监测点位移响应,并与文献振动台模型试验结果和FLAC3D数值模拟结果进行对比,验证本文数值模拟方法的高效性。(2)根据工程设计资料,建立有限元模型,进行生态护坡、桥台锥坡在自重作用下生态护坡、桥台锥坡的初始应力场、初始位移场和安全系数的分析。研究结果表明:在自重作用下,生态护坡、桥台锥坡坡面未发生整体失稳、浅层失稳和护坡砌块脱落破坏现象。(3)进行生态护坡、桥台锥坡在不同波形、不同峰值加速度的地震波单独作用下的稳定性分析。分析生态护坡、桥台锥坡在不同地震工况下坡面数据监测点PGA放大系数、坡体应力响应、坡面护坡砌块位移响应、安全系数。研究结果表明:随着地震波峰值加速度的不断增大,坡面各个数据监测点PGA放大系数增大,PGA放大系数变化规律与“鞭鞘效应”相似;生态护坡、桥台锥坡安全系数降低,在E1(0.1 g)、E2(0.3 g)地震作用下,生态护坡、桥台锥坡安全系数符合规范要求,未发生整体失稳;坡体剪应力增大,生态护坡、桥台锥坡坡面、坡脚部位应力集中面积增大。在E1(0.1 g)、E2(0.3g)地震作用下,生态护坡未发生整体失稳、浅层失稳和护坡砌块脱落破坏;在E1地震作用(0.1 g)下,桥台锥坡未发生整体失稳、浅层失稳和护坡砌块脱落破坏,在E2地震作用(0.3 g)下,锥坡坡脚处局部土体剪应力超过土体抗剪强度,可能发生浅层失稳。在相同峰值加速度EI-Centro波、人工波作用下,桥台锥坡PGA放大系数、坡体剪应力、护坡砌块和坡体位移响应逐渐增大,安全系数逐渐降低,动力响应较生态护坡显著。(4)进行生态护坡、桥台锥坡在降雨持时为1 h的暴雨(5.8 mm/h)、大暴雨(11.6mm/h)下的稳定性分析。分析坡体内有效孔隙水压力、坡面护坡砌块竖向位移、坡体竖向位移、安全系数。研究结果表明:随着降雨强度的增大,生态护坡、桥台锥坡坡体内有效孔隙水压力、坡面护坡砌块和坡体竖向位移增大,安全系数逐渐降低;随着降雨持时的增加,安全系数逐渐降低,不同降雨工况下,生态护坡、桥台锥坡安全系数满足规范要求,表明其未发生整体失稳;在相同降雨工况下,生态护坡、桥台锥坡坡体竖向位移较护坡砌块小,表明生态护坡、桥台锥坡未发生浅层失稳。在相同降雨工况下,桥台锥坡竖向位移、安全系数降低幅度大于生态护坡;有效孔隙水压力小于生态护坡。(5)进行生态护坡、桥台锥坡在E1地震作用(0.1 g)的地震波暴雨(降雨持时1h)耦合作用下的稳定性分析。分析E1地震作用(0.1 g)的地震波暴雨(降雨持时1 h)耦合作用下坡面各个数据监测点加速度响应峰值和PGA放大系数、坡面护坡砌块和坡体位移响应、坡体应力响应,研究结果表明:E1地震作用(0.1 g)的地震波暴雨(降雨持时1h)耦合作用下,生态护坡、桥台锥坡各参数动力响应与地震单独作用下相似,但生态护坡、桥台锥坡坡面各个数据监测点加速度响应峰值和PGA放大系数、护坡砌块滑动位移、坡体竖向位移、坡体剪应力均大于其在地震单独作用下动力响应;生态护坡、桥台锥坡安全系数均未满足规范要求,表明生态护坡、桥台锥坡均已发生整体失稳;坡面护坡砌块有部分脱落破坏。E1地震单独作用(0.1 g)下,生态护坡、桥台锥坡坡面各个数据监测点PGA放大系数相差不大,E1地震(0.1 g)暴雨(降雨持时1 h)耦合作用下,生态护坡、桥台锥坡坡面各个数据监测点PGA放大系数差值随着坡高增加逐渐增大。在相同地震降雨耦合工况下,生态护坡较桥台锥坡具有较好的防渗抗震性能。本文针对应用于京台高速公路泰安至枣庄(鲁苏界)段改扩建新型植被混凝土护坡在不同工况下的稳定性进行数值分析,论证新型植被混凝土护坡在该工程中的适用性,对于突破我国北方高速公路生态防护设计理念,指导京台高速公路改扩建工程,进一步推广植被混凝土护坡技术具有重要意义。
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