地震过程预应力锚杆复合土钉动力特性及系统抗拔动力可靠度研究

摘要

预应力锚杆复合土钉是预应力锚杆支护结构与土钉支护结构复合而成的综合支护技术，由于这项技术具有施工方便，经济可靠，适应条件广泛等特点，在实践工程中广泛应用，具有良好的应用前景。我国是一个多边坡多地震的国家，预应力锚杆复合土钉作为一种有效的边坡抗震支挡结构，其理论研究严重滞后于实践应用，而目前边坡工程中使用这项新型支护技术的越来越多，因此，地震作用下预应力锚杆复合土钉研究具有较大的理论价值和实践价值。地震作用下，复合结构体系整体抗拔动力可靠度是一个与时间相关的随机过程，目前这方面研究不足，本文主要基于地震波动特性及界面粘结强度随机性对其动力可靠度进行分析。主要的研究工作为：
　　（1）地震波动特性对预应力锚杆复合土钉支护边坡影响分析。针对预应力锚杆复合土钉支护边坡，在分析了预应力锚杆与土钉相互作用机制基础上，以一个边坡工程实例，利用MIDAS/GTS有限元分析程序，考虑地震作用建立三维有限元分析模型。系统的比较了静力情况下、拟静力情况下和动力时程情况下的结果。
　　（2）预应力锚杆复合土钉支护边坡动力特性研究。通过改变模型输入峰值加速度值模拟不同烈度地震作用，分析复合结构支护边坡坡面加速度放大效应的动力特性。为了分析单排土钉失效对其他土钉和预应力锚杆轴力的影响，建立两种模型比较二者轴力分析结果。
　　（3）地震作用下预应力锚杆复合土钉系统整体抗拔动力可靠度评估方法的建立。在预应力锚杆复合土钉支护边坡动力特性分析的基础上，基于体系可靠度基本理论，考虑地震动的波动特性和钉土界面黏结强度参数离散型，借助时程有限元建立地震作用下预应力锚杆复合土钉系统整体抗拔动力可靠度评估方法，能够对设计中动力作用下复合结构整体抗拔可靠度作出评估。将方法应用到一算例中，并与传统的蒙特卡罗法所得结果进行比较。
　　（4）基于动力可靠度指标标准值单排土钉优化方法研究。由于有限元计算中无法考虑土钉失效退出机制，为确保复合结构系统整体抗拔动力可靠度的准确，提出采用动力可靠度指标标准值判断土钉或者锚杆是否呈明显失效状态。
　　研究结果表明，文中所提方法评估区间比较合理，能够满足工程应用，说明该系统整体抗拔动力可靠度评估方法是可行的，简单实用。文中研究所得结论对后续类似工程动力可靠度分析具有一定的借鉴意义。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究主要内容

1.4 技术路线

第2章 预应力锚杆复合土钉系统抗拔动力可靠度基本理论

2.1 地震作用结构动力可靠度基本理论

2.2 地震作用下岩土工程分析方法

2.3 结构单失效模式可靠度计算方法

2.4 结构体系可靠度分析方法

2.5 本章小结

第3章 预应力锚杆复合土钉支护边坡动力特性有限元模拟

3.1 预应力锚杆复合土钉作用机制

3.2 动力有限元模型中的基本问题

3.3 地震波动特性对复合结构支护边坡影响分析

3.4 预应力锚杆复合土钉支护边坡动力特性分析

3.5 本章小结

第4章 预应力锚杆复合土钉系统抗拔动力可靠度分析方法

4.1 动力可靠度分析参数的确定

4.2 预应力锚杆复合土钉支护系统抗拔动力可靠度计算方法

4.3 基于动力可靠度指标单排土钉优化方法

4.4 预应力锚杆复合土钉支护系统抗拔动力可靠度方法算例

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢