岩体崩塌落石对桥梁破坏作用的动态演绎研究

摘要

崩塌灾害问题一直困扰着边坡建设工程的稳定与发展，也是地质灾害中比较热门的研究课题之一。随着国内土建行业的快速发展，尤其是在西部地区，而西部多为山丘地带，平地资源有限，有很多建筑物都必须依山而建，再加之西部地区处在地震带区域，地震带来的地质灾害不同程度的威胁着已建的和在建的工程。崩塌是一种破坏性、随机性极大的地质灾害之一，国内几乎每年都有一个大型崩塌事故，造成严重的人员伤亡与经济损失。
　　目前已有很多学者对落石冲击路基路面、隧道及铁路进行研究，并取得了一定的成果，但在桥梁受落石冲击方面涉及较少。为了认识桥梁受落石冲击后的动力响应特点、桥梁破坏特点及薄弱部位，建立了落石与桥梁的三维模型，初步得出了桥梁在受落石冲击作用整个桥梁的动力特性。在此基础上结合研究了处于山区桥梁受崩塌落石威胁区域的防护系统布置原则，并引入灾变链式理论中的断链减灾方法，分析了传统防护技术的断链减灾思想。对桥梁自身加固，采取对桥墩增设防冲击垫层，来减小桥墩所受的冲击动能。
　　通过研究分析，得到以下的结论:
　　①针对岩石崩塌对崩塌落石的诱发因素重新认识，把崩塌控制因素分为内因与外因;对崩塌的演化机理进行分析，把岩石崩塌的链式效应划分为三个阶段，即孕育阶段、蠕变阶段、破坏阶段。
　　②岩体崩塌落石的运动方式较多，常见的主要有落体、斜抛、平抛、滑移、滚动及上述运动的组合。影响落石运动轨迹的因素较多，概括起来主要有坡角、坡面植被情况、坡面岩性，落石的形状、大小、强度等。
　　③在对桥梁受落石冲击的动力响应方面的初探，这是一个极为短暂的概念，用试验按照原比例还原十分困难，缩小比例则误差较大，所以借助软件来模拟计算。经过初步计算分析表明:当桥面板受落石冲击时候，整个冲击过程，对邻跨的内部应力及位移影响很小，落石冲击荷载的局部作用较为明显;当桥墩受冲击时，桥墩的可能因为屈曲失稳，而桥墩失稳会可能带来整个桥梁坍塌。
　　④在防护方面借助已有对隧道、公路防落石撞击的技术措施，对山区桥梁所处的地理位置与崩塌体关系分析的基础上，初步给出了被动防护的布置原则，并对桥墩自身加固方面做了增设防护层的措施，并模拟计算验证了实施的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景与研究意义

1．2 国内外研究现状及问题

1．2．1 崩塌落石形成条件及控制因素研究现状

1．2．2 崩塌落石运动特性研究现状

1．2．3 崩塌落石冲击作用研究现状

1．2．4 崩塌落石防治技术研究现状

1．2．5 崩塌落石运动研究存在的问题

1．3 本文的研究内容与技术路线

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 预期成果

1．3．3 本文研究路线

第二章 岩体崩塌形成机理与链生效应

2．1 岩体崩塌的形成条件及诱发因素

2．1．1 地形地貌及地质构造条件

2．1．2 边坡岩性条件

2．1．3 崩塌落石诱发因素

2．2 岩体崩塌的分类及特征对比

2．2．1 岩体崩塌分类

2．2．2 崩塌特征对比

2．3 崩塌链式演化机理

2．3．1 崩塌链式演化阶段划分

2．3．2 崩塌链式演化阶段特性

2．4 本章小结

第三章 崩塌落石运动轨迹分析计算

3．1 落石碰撞恢复系数计算

3．1．1 碰撞恢复系数定义

3．1．2 碰撞恢复系数计算

3．2 落石运动的过程分解计算

3．2．1 落石主要运动状态

3．2．2 落石运动轨迹特征参数计算分析

3．3 工程算例

3．4 本章小结

第四章 崩塌落石对桥梁冲击的动力响应分析

4．1 ABAQUS软件介绍

4．1．1 有限元软件概述

4．1．2 ABAQUS瞬态动力分析模块

4．1．3 ABAQUS／Explicit显式时间积分

4．2 三维有限元模型的建立

4．2．1 工程概况

4．2．2 三维有限元建模

4．3 落石冲击桥梁动力特性分析

4．3．1 工况拟定

4．3．2 落石冲击桥梁跨中的应力及位移时程分析

4．3．2 落石冲击桥墩的应力及位移时程分析

4．4 本章小结

第五章 基于崩塌落石形成条件及冲击动力特性的防护

5．1 主动防护

5．1．1 常见的主动防护技术

5．1．2 主动防护的孕源断链减灾思想

5．1．3 孕源断链减灾理论及运用

5．2 被动防护

5．2．1 常见的被动防护技术

5．2．2 被动防护的断链减灾思想

5．3 防护系统在桥梁防护中的应用

5．3．1 被动防护的布置

5．3．2 桥墩抗落石冲击垫层防护

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果