地震作用下桥梁平行通过红层滑坡的失稳机理和成灾模式研究

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随着西部大开发战略的实施,西南地区基础交通设施飞速发展,由于其山区地形广泛,导致桥梁设施大量被应用。但是,西南地区多地震、多山区、多红层的特点对桥梁设施的安全性造成了很大的威胁性。而目前针对红层地区地震作用下桥梁-滑坡体系的研究较少。因此,为了研究地震作用下桥梁平行通过红层滑坡的失稳机理和成灾模式,选取典型桥梁-滑坡平行体系开展了振动台试验。通过加速度、应变响应和频谱特性对地震波在桥梁-滑坡平行体系的传播规律进行了定量分析,并在上述基础上对桥梁-滑坡平行体系的失稳机理和成灾模式进行了总结归纳。最后,通过数值模拟对试验结果的合理性和正确性进行了验证。得到了以下结论:(1)通过对现有桥梁-滑坡体系案例的收集和分析,按照滑坡主滑方向和桥梁轴线的位置关系将桥梁-滑坡体系分为了桥梁平行滑坡体系、桥梁正交滑坡体系和桥梁斜交滑坡体系三大类,并对其特点进行了简单的阐述。在此基础上,选取本文的研究对象桥梁-滑坡平行体系中的典型案例进行进一步深入分析。进而提取出两种桥梁-滑坡平行体系的工程地质模型:(1)桥梁平行跨越古老滑坡堆积体;(2)桥梁平行跨越高陡易滑斜坡体。(2)对试验的加速度数据进行分析发现:滑带的阻隔效应和能耗效应主要对土体内地震波的传播规律有影响,对桥梁墩柱上的传播规律影响较小。桥梁墩柱上地震波的传播规律则主要受埋深情况的影响。这种差异性也是桥梁-滑坡体系发生破坏的原因之一。(3)通过相关性分析发现:同一工况时,不同空间位置测点间的加速度响应存在明显的相关性规律。而在同一种地震波时,不同地震激励强度下同一测点的动力响应之间则不存在明显的相关性。(4)对试验的应变数据进行分析发现:无论何种波型下,河侧桥梁墩柱上测点不存在统一的应变峰值规律。但是,无论何种波型下,应变峰值均会在S5’测点发生突变。这表明S5’处是桥梁墩柱的薄弱部位,应为实际工程设计中的重点防护位置。(5)对Kobe波、El波、汶川波三种不同波型下的加速度频谱特性分析可以看出:虽然三种波型对桥梁-滑坡体系的作用方式不同,但是各种波型下桥梁-滑坡体系均呈现协同变形。而这种整体协同变形也会存在局部的变形差异,其中以桥跨之间土体的差异性最为明显。而正是这种差异影响了桥梁-滑坡体的整体变形。(6)通过试验现象、加速度、应变、数值模拟分析结果的汇总,并结合现有滑坡变形过程的总结,将地震作用下桥梁-滑坡平行体系的失稳成灾过程分成了三大阶段、六小阶段:初始变形阶段(蠕动阶段、挤压阶段)、等速变形阶段(微动阶段、滑动阶段)、加速变形阶段(大滑动阶段、固结阶段)。并对各个阶段特征进行了详细的叙述。
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