位移不稳定性

2024-08-16

位移不稳定性（精选3篇）

位移不稳定性篇1

公路边坡的滑坡、风化、坍塌是公路交通的一大地质灾害,直接影响着国家基建投资的质量和公路的行车安全。因此对公路边坡及时进行监测,以全面探讨公路边坡可能发生的病害种类及其影响因素、产生原因和形成机理,在此基础上对设计边坡坡比提出合理化建议,并对边坡提出经济、适用、安全、美观的防护方案,预防各种大型滑坡灾害的形成和发生为宗旨的科研研究将具有重要的经济意义、社会意义。

1 公路边坡监测

公路边坡变形作为一种能被测出的数据,能反映边坡体在各种因素共同作用下的稳定状况。因此,通过分析边坡体变形监测数据,以及预测其位移变形来判断滑坡稳定现状,并预测边坡灾变的可能性,是一种较为有效与可靠的途径,通常在工程实践中,可以在监测数据的基础上,通过数据的处理来分析边坡的稳定状况[1,2,3,4]。

2 公路边坡稳定性评价

对边坡工程的研究主要表现在两个方面:一是稳定性评价;二是搜索潜在滑动面。其中稳定性评价是边坡工程研究的重中之重。目前关于稳定性评价方法主要是采用工程类比法、极限平衡法、极限分析法和数值方法等,均已取得了许多研究成果。同时稳定性评价指标主要是根据计算的收敛性、塑性区的贯通状况和位移突变。计算收敛性是指边坡在稳定性计算中的程序终止条件;塑性区贯通是指边坡在稳定性计算中将发生塑性变形的网格连成区域;位移突变是指边坡结构某点或某区域位移发生了突然变化。在公路边坡稳定性评价中计算收敛标准技术要求高,计算成本高,很难被工程人员所掌握,而塑性区贯通和位移突变指标其物理意义明确,参数容易获取,容易掌握,已被广泛应用。

3 工程概况

湖南省西南部某公路边坡路段沿线属于低山丘陵地貌,地形起伏较大,地面黄海高程一般42m~490m。沿线路段地势陡峻,冲沟发育,地面自然坡度一般15~45度,最大坡度约80度,自然坡体较稳定。根据钻探及地质调查结果,结合区域地质资料综合分析,沿线除低洼地带覆盖层较厚外,其它大部分位置第四系覆盖层较薄,基岩为泥盆系泥灰岩及灰岩。该路线地层岩性由新至老分别如下:①第四系填筑土(Q4me):杂色,稍密~中密,稍湿,主要成分为粘性土、碎石,局部(老公路路面)含水泥砂浆块及沥青。主要分布与全线现有公路、机耕道、沿河河堤和人工渠道等人工建筑场地。②第四系种植土:灰褐色,褐黑色,湿,松软,含植物根。主要分布于水田、菜地及旱地中。③冲洪积层(Qal+pl)亚粘土、中~砾砂、圆砾、卵石土;主要分布于沿线三渡江一桥~五桥、永安桥及巫水大桥的桥位区河床及两岸位置。④坡残积层(Qdl+el)高(低)液限粉土、粘土、碎石土及碎石质土;主要分布于沿线山坡、坡脚和剥蚀残丘、坡地。⑤泥盆系(D)泥灰岩:青灰色、深灰色、泥质结构,薄层状。泥灰岩暴露地表后易风化与干裂,近地表部分多为全风化或强风化状,或呈粘性土状。在潜水丰富且基岩产状不利的地段进行填、挖方,则易产生滑动,是全线边坡治理的主要地段。

观测点岩性:7m以上为泥灰岩,7m以下为灰页岩

边坡倾向: 345

风化程度: 微风化

结构面描述

结构面类型:节理(见图1)

结构面密度:12条/m

结构面充填物:石英粉末

充填物厚度:0-4cm

结构面特征:此点主要为层理,少量层间可见石英粉末充填物

4 位移监测

4.1 监测目的及对象

公路边坡监测点所在位置是在地质条件复杂和容易产生病害的范围,根据该公路边坡分布特点,加上部分路段左侧边坡顺层(对边坡稳定性不利)的特点,本监测项目有针对性地选择边坡左侧作为监测对象。由于路堑高边坡的变形是边坡破坏的主要形式,而加固效果对公路边坡的稳定性有重要的影响,因此结合目前情况,对该边坡的监测以地表位移和深部位移监测为主。

4.2 监测方法

(1)边坡坡体水平位移和垂直位移监测

公路边坡坡体的水平位移和垂直位移监测一般是用大地测量的方法进行,采用的仪器为全站仪。控制点应选在边坡变形区以外且通视条件好的地方,并埋设钢筋混凝土桩,全站仪独立观测两次,多次精测距离取平均值。

(2)边坡深部水平位移和垂直位移监测

公路边坡坡体的深部位移监测采用钻孔测斜仪和多点位计(3点式)相结合,安装位置设在边坡一级平台和三级平台上,并自孔底向上逐点连续测量。要求钻孔垂直和水平,并保持孔壁平整。若在该断面成孔困难时,可采用套管护孔。钻孔深度一级平台处均为15m,三级平台处均为10m。成孔后,应立即安装测斜管。导管全部吊装完后,钻孔与导管外壁之间的空隙必须回填灌浆(此处为回填水泥砂浆)保证导管与周围岩体的变形一致。所有准备工作完后,便可进行现场测试。应在回填材料完全固结后读数,进行多组读数建立一组可靠的基准值。

4.3 位移监测布置

结合该公路边坡的结构特征,笔者仅选取一特征路基横断面进行位移监测,其他监测内容(如锚杆应力、孔隙水压等)和实验数据文中已省略。为了说明公路边坡位移监测的重要性,工程组在该公路边坡的坡脚、中部和坡顶位置等地方布置了位移监测桩;在坡体的中部台阶和上部布置深孔位移监测点位计,具体布置方案见图2。

4.4 位移监测结果

从图3位移监测结果可以看出,边坡顶部的位移桩位移为最大,其值为42mm,从监测结果还可以看出,位移随时间的延续还在不断地增加,在7月30日位移出现了明显的突变;边坡中部的位移为30mm左右,且表现出稳定状态;边坡底部的位移为30mm左右,有随着时间增长的趋势,在8月14日位移也出现了突变。总体上看,该典型边坡已有不同程度的滑动呈现失稳状态。从现场调查发现,在该边坡顶部局部位置已出现深裂缝,在坡脚范围也有零星的岩屑滑落,因此必须及时对该边坡进行加固,减少灾害的发生。

从图4可以看出,该公路边坡在施工开挖过程中,边坡内部岩土体有不同程度的滑动现象,在公路边坡的中上部位移已达18mm,位移随时间的延续还在不断地增加;在边坡的中下部局部范围位移也有14mm,位移随时间的延续也还在不断地增加,位移始终没达到稳定状态,并且在施工的初期阶段,位移还存在突变的现象,结果表明该典型边坡在施工开挖的初期阶段就有滑动的趋势,应加强边坡的防护和加固工作。

5 结论

公路边坡的位移监测是一个广泛关注的热点课题之一,重点在于监测数据的工程处理和根据监测数据进行稳定性评价。对复杂公路边坡的表层位移和深部位移监测是众多边坡工程监测工程中的重中之重,文中实例能对公路边坡的稳定性评价提供借鉴。

参考文献

[1]张志英,何昆.边坡监测方法研究[J].土工基础,2006,20(3):82-84.

[2]马全珍,张宝华.钻孔测斜仪在边坡监测中的应用[J].常州工学院学报,2005,18(S):85-89.

[3]陈云敏,陈赟,陈仁朋等.滑坡监测TDR技术的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(16):2748-2755.

[4]刘小平,何志攀等.人工岩质高边坡稳定性的监测与分析[J].勘察科学技术,2006,(5):9-26.

位移不稳定性篇2

随着中国传统文化在全世界范围内的广泛传播, 中国古代建筑也受到越来越多的关注。中国古建筑造型优美, 形态各异, 结构上又存在其独特之处。正因为其独特的结构使得某些古代建筑能够保存至今而屹立不倒。本文所研究大殿创建于北魏太和年间, 至今已经过了多次重建, 保留了原有古建筑风格外貌, 但结构上却改用钢筋混凝土框架结构。这种古今结合的仿古式建筑结构稳定性有待进一步研究。大殿长39.76m, 宽20.50m, 高44.26m, 于1986年重建。本文主要用satwe计算的方法, 从地震荷载和风荷载方面研究了大殿的受力和位移情况并提出一定的建议。

结构信息

材料情况:混凝土:C30;纵向受力钢筋:HRB335级;箍筋:HPB235级钢筋。

抗震设防要求:设防基本烈度为7度, 设计地震分组为第一组, 设计基本地震加速度值为0.15g。

结构体系:钢筋混凝土框架结构。

占地总面积:41800*22460mm, 总体布置成对称结构。

抗倾覆验算结果

经过satwe的计算, 得到结构整体抗倾覆验算结果如表1、表2所示。

结构位移

地震作用下的位移如表3所示。

地震作用下的模型空间变形图。

风载作用下的位移如表4所示。

风荷载作用下的模型空间变形图。

结语

根据上述的结构计算和分析可得大殿的结构位移等数据满足建筑抗震抗风设计规范的要求, 与此同时对大殿仿古建筑的稳定性要求总结出以下几点:

在地震作用下建筑表现良好, 该仿古建筑能够抵抗7级甚至更高等级的地震, 说明结构具有良好的稳定性和整体性。

风荷载下大殿Y方向结构位移远大于X方向, 所以Y方向应做好相应的防护措施, 薄弱地方应该添加适量钢筋, 而X方向可以适当节省材料。

稳定型悬索桥的动力位移响应分析篇3

稳定型悬索桥又称反张悬索桥。此结构是以普通悬索桥作为桥的基本形式, 在悬索桥正下方增加反向张拉索 (倒张索) , 倒张索与桥面间用拉杆连接, 倒张索的张紧程度以无倒张索时桥跨中承受最大荷载时产生的变形为准。倒张索的作用使桥在未受活载时已处于预张状态, 整体刚度得到提高。带反向索的悬索桥作为中小跨度悬索桥的一种新型桥型, 在计算理论和经济分析方面尚待完善。同普通悬索桥一样, 各种形式的动力响应问题也是难点。桥梁结构的几何形状、荷载条件、边界条件、材料性质等是很复杂的, 在对桥梁进行结构动力性能分析时, 通常不能得出精确的理论解, 而有限元法是解决这一问题的有效方法。近年来大型有限元软件ANSYS以其强大的前后处理功能和计算分析能力在桥梁分析中得到了大量的应用。本文以AN-SYS为平台, 阐述了一种关于稳定型悬索桥在移动荷载作用下的计算方法。

1稳定型悬索桥的有限元模型

对索的模拟采用LINK 10单元。LINK 10单元带有惯性和阻尼效应, 所以在动力分析中可以使用。把悬索体系的主要承重结构模拟为由铰链换组成的在节点上加载荷的悬挂索链。这种模型不但能很好地表现实际的节点索链的性质, 还能表现由金属丝、股或索组成的缆的性质。由于它不具有抗弯的能力, 所以用LINKO单元来模拟是可行的, 但是要提高计算的精度还需进一步确定索单元的长度。

对加劲梁的模拟选择了常用的BEAM 188单元。

2 加载及求解

本文的目的是求解稳定型悬索桥在移动荷载作用下的响应, 所以最适合进行完全法瞬态动力学分析 (时间历程分析) 。

瞬态动力学的基本运动方程是:

$[Μ] {\ddot{u}} + [C] {\dot{u}} + [Κ] {u} = {F (t)}$ 。

其中:

[M] =质量矩阵;[C] =阻尼矩阵;[K] =刚度矩阵, ${\ddot{u}}$ =节点加速度向量;{ $\dot{u}$ }=节点速度向量;{u}=节点位移向量。

在任意给定的时间t时刻, 这些方程可看作是一系列考虑了惯性力 ([M]{ $\ddot{u}$ }) 和阻尼力 ([C]{ $\dot{u}$ }) 的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。

为了更好的好的模拟车辆过桥时荷载的作用方式, 本文算例中采用命令流方式, 实现对每根梁两端节点的荷载步定义。

具体操作如下:

3 结论及展望

令不同车辆驶过该桥, 通过计算得到各节点的动力响应, 并以其中的典型点 (即中点及四分之一点) 的动力响应来进行讨论。

首先绘出的是5 t重的车辆以时速20 km/h的速度驶过该桥时, 四分之一点的位移时程曲线 (见图2) 。图2不仅反映了桥梁最大挠度发生在集中力作用在该点时这一性质, 而且还反映了稳定型悬索桥在集中移动荷载作用下响应的对称性, 所以讨论车辆对桥梁的影响可以只观察某一侧的响应情况。图3为桥梁左侧各结点的位移时程曲线, 按从上到下顺序排列的曲线代表从左到右的结点。

从图3上可以看出, 由于倒张索的张紧, 使桥面变形至无倒张索时桥跨中承受最大荷载时产生的变形, 所以各结点在Y方向的初始位置也逐渐变化, 体现在坐标轴上为逐渐减小。

然后关注一下不同车辆驶过该桥时的响应情况。本文算例在车辆重量分别为5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75 t这8种情况下进行计算, 并取桥梁中点及左侧四分之一点的位移响应情况来分析。

图4和图5分别为桥梁中点和左侧四分之一点在不同车辆作用下的位移时程曲线。从这两图上可以观察到随着车辆质量的增加, 桥面挠度也逐渐增大。但是每一条曲线仍保持着相同的线性特征。

本文主要考虑了稳定型悬索桥在移动荷载作用下引起的桥面的位移变化规律, 关于缆索张力的变化尚需要进一步研究。车辆过桥时的启动、刹车、车体振动等情况需要建立更加细化的模型才能进一步计算。本文尚有很多不足之处望读者予以指正。

摘要：建立稳定型悬索桥的受力模型, 并且计算该桥在不同车辆移动荷载作用下的位移响应。并且对计算结果进行了一定分析。

关键词：稳定型悬索桥,移动荷载,ANSYS,非线性动态响应

参考文献

[1]刘北辰.工程计算力学.北京:机械工业出版设, 1994

[2]屈本宁, 文宏光.稳定型悬索桥运输载荷通过时的非线性动态响应.昆明理工大学学报, 2001, (5) :8—13

[3] Ben-Ning.Nonlinear finite element approach for stable type suspen-ded bridge.Proceedings of EPMESC, Macao;1995

[4]罗松南, 刘腾喜.工程软件应用.北京:中国科学文化出版社.2003

[5]任重.ANSYS实用分析教程.北京:北京大学出版社.2003