地震作用下边坡锚固系统动力响应特征及稳定性研究

锚杆和锚索技术的抗震效果是众所周知的。锚杆和锚索技术在设计与施工方面，已经积累了大量的工程经验和理论研究，但大多是基于静态条件而展开的。对于地震作用下的性能研究及破坏方式却研究甚少，因此研究地震作用下锚杆的受力特性有着实际应用价值。.本项目主要以边坡锚杆为对象，通过野外调查、模型试验及数值计算，重点开展锚杆在地震作用下的锚固性能及破坏情况。采用离心模型试验，进行不同荷载及不同作用时间下边坡锚固的动态响应研究，包括：围岩不同部位的动态响应，锚杆轴力及剪应力的变化影响规律以及锚杆和围岩的破坏情况。根据模型试验结果，建立锚杆-围岩相互作用模型。通过数值模拟技术，首先对模型试验结果进行验证；其次，通过变化荷载大小、作用时间、作用位置和围岩阻尼比，分析不同荷载作用下锚杆预应力、轴力及剪应力的分布及变化规律；揭示边坡锚杆的抗震机理，为锚固工程的抗震设计提供依据。

本项目通过模型试验、数值模拟和理论分析等手段对土质边坡及其支护结构进行了动荷载作用下的动力响应研究，取得如下成果：① 针对土质边坡动荷载作用下的破坏机理，建立了有限元模型，分别模拟了EL-Centro地震波作用下无支护边坡和锚杆支护边坡的动力响应，分析并比较了全长粘结型锚杆支护边坡与无支护边坡的动力响应特征。分析表明，锚杆支护边坡具有很好的抗震性能。② 采用振动台模型试验，模拟了正弦波作用下，锚杆格构支护的土质边坡的动力响应，结果表明：经过多次振动后，边坡模型的自振频率有所降低，但并不明显，随次数增加，放大作用明显增大；不同振动频率时，坡体加速度响应具有明显差异，边坡土体对低频振动波有放大作用，而对高频振动波却有滤波作用，且幅值越大，滤波作用更明显；输入正弦波频率在边坡自振频率附近时，坡体上部、中部和下部速度变化明显，且呈现出线性特征，此时，破坏性最大；边坡出现旋转与水平位移。③ 采用模型试验，分析了锚杆格构支护结构的受力特征，正弦荷载作用下，横、纵向格构受力水平基本相平，横向格构梁中间受力较大，纵向格构梁上侧受力较大；动荷载作用下，顶层锚杆受力最大，底层锚杆受力最小；破坏荷载作用下，锚杆被拔出，格构发生隆起且上侧隆起严重。④ 根据数值分析及模型试验结果，提出了土质边坡锚杆格构支护结构设计的一些建议。