含弱层边坡地震动力响应分析优化算法研究

摘要

汶川地震以来发现很多在地震载荷诱发滑坡破坏的案例当中有相当部分是带有软弱结构的边坡，很多学者对此类边坡做了大量研究，其中大多数采用数值模拟方法。在研究中发现，动荷载作用下，边坡内部岩体的力学参数将随之发生动态变化。工程计算中一般根据经验选用的静态弹性模量偏大，易导致计算结果出现偏差，与实际情况不符。较为准确地把握岩体力学参数在动荷载作用下的变化规律，在数值模拟中选取适当的力学参数进行计算，可极大地提高数值模拟的可靠性，对岩质边坡动力响应规律的定性分析有着重要意义。通过对已有实验数据进行训练，可以对相似岩性结构的边坡模型（含不同倾角的软弱夹层，不同厚度，不同空间位置，不同弱层数量）的动力响应规律进行研究，结合拟合优度算法，提出适用于层状边坡的参数优化理论，建立了关于参数合理选取的优化公式，并根据参数优化理论对含软弱夹层岩质边坡在地震动作用下的动力响应情况进行深入探讨。
　　本研究主要内容包括：⑴以振动台物理模拟实验结果为基础，结合拟合优度算法提出动荷载作用下层状岩质边坡内部力学参数的优化公式，并验证提出的参数优化理论的合理性。利用FLAC3D差分软件对优化后的数值模型进行大量的模拟计算，计算结果和试验结果较为吻合。说明该方法可以在有限试验的基础上，结合数值模拟方法较为精准地计算多种概念模型，更好地分析地震动作用下不同内部结构的复杂地质边坡动力响应变化规律。⑵通过参数优化算法发现:含软弱结构面边坡在振动过程中，以结构面为界，结构面上部岩体弹性模量随着时间增加呈指数降低，结构面下部岩体弹性模量会增大且比较稳定，增加幅度约为10％-30％。⑶利用参数优化算法得到的优化数值模型，再次论证得到:软弱夹层与泥岩接触面形成一个天然地震波能量“过滤屏障”，“过滤屏障”的优劣与结构面上下岩体的岩性差异性和阻抗特性有直接关系;“过滤屏障”利用的充分性程度直接与软弱夹层厚度及角度有关。⑷提出“坡体放大效应有效路径”概念，路径距离的长短决定着坡体动力响应的强弱，软弱夹层的空间位置及数量会改变坡体放大效应的有效路径，放大效应有效路径直接关系着坡体各监测点的加速度放大效应，坡面的放大效应路径等效坡体垂直放大效应有效路径与坡体水平放大效应有效路径矢量总和。通过对含不同角度和厚度软弱夹层的反倾岩质边坡在不同频率和振幅地震波作用下动力响应进行较为精确的计算，进一步研究软弱夹层对边坡稳定性的影响规律。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究的背景和选题的意义

1．2 含软弱夹层岩质边坡动力稳定性国内外研究现状

1．2．1 岩质边坡动力稳定性的研究现状

1．2．2 软弱夹层对岩质边坡动力特性影响的研究现状

1．2．3 岩体力学参数的研究现状

1．3 研究内容、思路和技术路线

第2章 数值模拟处理

2．1 FLAC3D基本原理

2．2 ANSYS基本原理

2．3 建模过程及前处理

2．3．1 模型尺寸

2．3．2 模型建立

2．4 ANSYS图形的建立

2．5 边界条件

2．6 动荷载选用

2．7 本章小结

第3章 基于层状岩质边坡的参数优化算法

3．1 岩体力学参数变化的理论分析

3．2 参数优化理论

3．2．1 参数优化算法原理

3．2．2 拟合优度算法

3．2．3 参数优化算法实现过程

3．3 本章小结

第4章 参数优化算法在含弱层边坡动力计算中的应用

4．1 建立数值模型

4．2 荷载输入方式对边坡动力响应影响分析

4．3 岩体参数对边坡动力响应影响分析

4．3．1 弹性模量对岩质边坡动力影响分析

4．3．2 泊松比对岩质边坡动力影响分析

4．3．3 抗压强度对岩质边坡动力影响分析

4．3．4 内摩擦角对岩质边坡动力影响分析

4．3．5 粘聚力对岩质边坡动力影响分析

4．4 建立参数优化理论公式

4．5 数值算例

4．6 本章小结

第5章 含软弱夹层边坡动力特性的优化分析

5．1 软弱夹层力学参数对边坡动力响应影响分析

5．1．1 软弱夹层弹性模量的影响分析

5．1．2 软弱夹层泊松比的影响分析

5．1．3 软弱夹层内摩擦角的影响分析

5．1．4 软弱夹层粘聚力的影响分析

5．2 软弱夹层特性对边坡动力响应影响分析

5．2．1 软弱夹层角度的影响分析

5．2．2 软弱夹层厚度的影响分析

5．2．3 软弱夹层空间位置的影响分析

5．2．4 多条软弱夹层的影响分析

5．3 动参数对边坡动力响应影响分析

5．3．1 频率变化的影响分析

5．3．2 加速度变化的影响分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果