岩质边坡动力放大系数及近似计算方法的研究

摘要

岩质边坡的动力问题求解方法主要分为拟静力法和数值模拟法。拟静力法不论在理论体系方面还是在具体应用方面都逐渐成熟，但它自身又有比较明显的缺陷，已渐渐被人们所认识到。而数值模拟的方法近年来逐渐成为研究边坡动力响应分析的主要方法，特别是在汶川特大地震发生以后，很多学者应用数值模拟的方法对实际的边坡进行研究，并且已经有了一些成果。
　　 本文主要从边坡自身特性（坡高、坡角、岩性）以及地震波类型和地震波频率方面分析了地震作用下边坡加速度放大系数的影响因素，对CDEM离散元方法分析步骤及动力方程求解过程进行了总结和分析;采用动力离散元方法对岩质边坡的加速度放大系数进行了研究，特别是根据大量的计算数据应用数学软件MATLAB拟合出了边坡加速度放大系数在地震作用下的近似计算公式，以及对近似公式进行了验证。本文研究了多种工况下边坡的动力响应，主要得到了以下规律:
　　 (1)边坡的放大效应受地震波频率影响较大。当地震波的频率明显小于自身卓越频率时，边坡地震放大系数很小;当动震波的频率接近或等于坡体自身的卓越周期时，边坡地震放大效应最大。
　　 (2)在地震波频率未达到边坡自身的卓越频率之前，边坡加速度放大系数都随着边坡高度的增加而增加，随着边坡角度的增大而增大。
　　 (3)不论是何种地震波，软岩的加速度放大系数要大于硬岩的加速度放大系数;不论是何种岩体，汶川波作用下边坡的加速度放大系数大于正弦波作用下边坡的加速度放大系数。
　　 (4)本文用数值计算结果对拟合出的近似公式进行了验证，并且与规范计算结果进行了对比，发现在一定的条件下公式计算的结果与规范计算的结果很接近。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究目标和研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 拟采取的研究方法和技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

第2章 边坡放大系数的计算方法研究现状

2．1 规范

2．1．1 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

2．1．2 《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97

2．1．3 《水利水电工程边坡设计规范》SL386-2007

2．2 数值模拟计算结果

2．2．1 何蕴龙、陆述远的研究

2．2．2 李英民的研究

2．2．3 阮永芬的研究

2．3 边坡实测结果

2．4 本章小结

第3章 数值模拟的原理及模型的建立

3．1 CDEM连续介质离散元软件概述

3．1．1 CDEM软件计算的基本原理及其验证

3．1．2 CDEM程序基本功能

3．1．3 CDEM软件的建模过程及方法

3．2 地震放大效应CDEM数值计算模型的建立及参数的选取

3．2．1 数值模型的建立

3．2．2 边界条件及阻尼的设定

3．2．3 地震荷载的输入

3．2．4 监测点的设置

3．3 本章小结

第4章 边坡地震放大系数的数值模拟

4．1 边坡自振频率的计算

4．1．1 硬岩自振频率的计算结果

4．1．2 软岩自振频率的计算结果

4．1．3 结果分析及其对比

4．2 正弦波数值计算结果

4．2．1 硬岩计算结果的分析

4．2．2 软岩计算结果的分析

4．3 汶川波计算结果

4．3．1 硬岩数值计算结果

4．3．2 软岩计算结果

4．4 对比分析

4．4．1 正弦波硬岩和软岩的对比

4．4．2 汶川波硬岩和软岩的对比

4．4．3 正弦波硬岩和汶川波硬岩的对比

4．4．4 正弦波软岩和汶川波软岩的对比

4．5 本章结论

第5章 岩质边坡放大系数拟合及对比分析

5．1 最小二乘曲线拟合

5．1．1 多项式拟合

5．1．2 多元最小二乘拟合

5．2 MATLAB边坡放大系数曲线拟合

5．2．1 硬岩的曲线拟合

5．2．2 软岩的曲线拟合

5．2．3 坡腰放大系数与坡顶放大系数的关系

5．3 对比分析

5．3．1 与数值计算结果的对比

5．3．2 与规范的对比

5．3．3 与别人研究成果的对比

5．3．4 与实际工况地震监测数据的比较

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况