1、 试试试试试试试试试试试试试试试试试试验验验验验验验验验验验验验验验验验验研研研研研研研研研研研研研研研研研研究究究究究究究究究究究究究究究究究究文章编号:1009-9441(2023)04-0014-07基于钢箱梁桥动力响应的非接触式监测研究 王晓峰(太原市市政公用工程质量安全站(太原市轨道交通建设服务中心),山西 太原 030024)摘 要:采用激光测振仪测试单跨桥梁和连续三跨桥梁在不同损伤的动力响应,建立基于桥梁动力响应的非接触式桥梁监测技术,并通过现场试验与有限元结果进行验证。研究结果表明:单跨桥梁和连续三跨桥梁的试验结果与有限元结果吻合性很好;支撑断裂会降低桥跨处的扭转刚度;连续跨桥
2、梁的部分或完全断裂对桥梁的影响小于单跨钢箱梁桥。关键词:钢箱梁桥;桥梁监测;有限元分析;模态分析中图分类号:U 441.3 文献标识码:A引言钢箱梁桥的安全性一直是工程研究的热点。部分桥梁破坏是由于其受到外界不同载荷造成其固有频率不同而导致的。研究不仅需要关注桥梁的固有频率,而且需要查找桥梁的潜在薄弱点1-2。目前桥梁结构系统中缺乏可预测的荷载路径,而部分钢箱梁桥缺乏冗余设计,使得这些钢箱梁桥在单个构件失效后很容易倒塌。美国国家高速公路和交通运输协会(American Association of State Highway and Transportation Officials,AASHT
3、O)桥梁设计规范中将桥梁的破坏类型进行了划分,且桥梁需要两年检测1 次3-4,在道路上采用传统方法检测桥梁的成本高且耗时长,通常需要关闭车道才能进行检测,易造成交通中断,且存在安全隐患。传统检测多采用压电加速度计和光纤传感器进行5。该方法已在许多工作中成功应用,如斜拉桥和钢公路桥6-7。其桥梁负载测试仪表需植入桥梁并将传感器与数据采集系统进行连接,这就会导致交通中断。为了克服布线限制,非接触式无线传感器的应用为桥梁检测带来了新的选择。由于固有频率变化与刚度变化量的平方根成正比,因此,该方法不适用于因检测引起刚度变化可忽略的轻微损伤。目前关于基于钢箱梁桥非接触式动力响应的研究仍然很少5。因而对钢
4、箱梁桥的非接触式动力响应进行试验研究和有限元分析非常有必要。为此,拟采用激光测振仪测试单跨桥梁和连续三跨桥梁在不同损伤状况下的动态行为,探索基于桥梁动力响应的非接触式桥梁监测技术。1 试验测试和有限元设计1.1 试验测试试件通过非接触式传感器对钢箱梁桥在不同损伤状况下进行动力学测试,测试选取两种桥梁模型:单跨桥梁和连续跨桥梁。选取 36.6 m 的单跨双钢箱梁桥作为基础模型,研究其在严重破坏后的行为,单跨双钢箱梁桥如图 1 所示。该桥有两条车道,桥面宽为 7.2 m,厚为 200 mm,箱梁深度为 1 480 mm,由两块厚度为 13 mm 的腹板组成,每块腹板的坡度为41,两个上翼缘板为 1
5、6 mm305 mm,下翼缘板为19 mm1 194 mm。桥梁上部结构有水平支撑,安装有中间隔板和端部加强筋。对该桥梁进行全尺寸测试,以评估桥梁中任一钢箱梁在跨中突然发生部分和完全断裂的行为。载荷采用 AASHTO 桥梁设计规范中的 HS20-44 卡车载重,采用混凝土砌块模拟HS20-44 卡车载重在钢箱梁上加载。图 1 单跨双钢箱梁桥连续跨桥梁为一座连续三跨双钢箱梁桥,该桥全长为 208 m,宽度为 10.25 m,设有一条行车线。第一跨和第三跨桥的长度为 64 m,中间跨桥的长度为 80 m。第一跨和第二跨的曲率半径为 150 m,而第三跨桥为直线,如图 2 所示。桥梁上部结构的桥面厚
6、度为 215 mm,沿桥面的水平和垂直方向设置有横隔板来加强桥的稳定性,类似于单跨双钢箱梁桥。41Research&Application of Building Materials钢箱的横截面部分由两个厚度为 18 mm 的腹板组成,每个斜坡的坡度为 4 1。底部边缘的厚度沿桥从 1660 mm 变化,总宽度为 1 500 mm,上边缘的厚度为 20 70 mm,沿跨度方向的宽度为 450 600 mm,箱梁的总深度为 2.2 m。图 2 连续三跨双钢箱梁桥将激光测振仪安置于桥下,在不中断桥梁上下道路交通的情况下,测量桥梁的振动情况,如图 3 所示。在交通正常的情况下,记录第二(最长)跨中间
7、的桥梁振动,如图 4 所示。用快速傅里叶变换法(FFT)得到连续跨度桥梁的频谱,如图 4(b)所示。基于此结果得到主桥固有频率分别为 1.15 Hz、1.54 Hz、2.17 Hz 和2.42 Hz。该桥的前3 阶振型对应竖向弯曲,4 阶振型对应桥的扭转振型。同时利用激光测振仪测量了第二(最长)跨中段由交通引起的弯曲振型的最大幅值。图 3 连续三跨双钢箱梁桥现场测试1.2 有限元模型采用 ABAQUS 有限元软件建立桥梁的有限元模型,研究单跨钢箱梁桥和连续双钢箱梁桥在跨中位置的局部断裂、整体断裂以及竖向支撑破坏等不同状况下的受力行为。在有限元分析中,钢板、钢筋和支撑采用在拉伸和压缩中具有各向同
8、性硬化的多线性非弹性材料建模。钢板的弹性模量和泊松比分别为 200 GPa 和 0.3,屈服应力为 344.7 MPa。混凝土加强钢筋的屈服应力为 413.7 MPa。混凝土单元图 4 桥梁振动定义了初始弹性行为和混凝土损伤塑性模型。对于初始弹性行为,弹性模量基于 ACI 318-14 计算,泊松比为 0.2;混凝土损伤塑性模型假定为:混凝土的拉伸开裂和压缩破碎;混凝土的单轴拉伸和压缩。根据简跨桥试验中取芯样的平均强度,假定混凝土板强度为 43 MPa。在栏杆上布置硬接触面,模拟栏杆段之间的接触力。在这一阶段,栏杆段之间的缝隙两侧会发生接触,接触力会增加桥梁的刚度。此外,考虑到支座处隆起的可能
9、性,在梁与支座之间分配了接触面。在有限元分析中,采用连接单元来模拟剪力柱与混凝土桥面之间的相互作用。对于混凝土路面和栏杆,使用实体八节点线性单元和两节点线性三维桁架单元来模拟混凝土单元中的钢筋。采用四节点壳单元(S4R)模拟钢板大梁和加强肋,采用两节点线性桁架和梁单元来模拟支撑构件。单跨钢箱梁桥和连续双钢箱梁桥的有限元模型如图 5 所示。图 5 有限元模型2 损伤检测理论试验是为了直接从桥梁模态特性的测量变化中获得损伤位置和严重程度的信息,因而关注的模态51建材技术与应用 4/2023特性主要是固有频率和模态振型。2.1 基于频率的损伤检测桥梁发生局部损伤引起的桥模态 i 固有频率的变化量 i
10、是桥刚度参数 K 降低的函数,见式(1)8:i=f(K,r)(1)式中:r 整个桥损伤位置的位置向量。对于完整状态的桥梁,刚度参数为 0(K=0),然而,对于损坏的桥梁该参数不为 0,这将取决于损坏的严重程度。对完整状态条件的式(1)进行一阶泰勒级数展开,并忽略高阶项,可得到式(2):i=f(0,r)+Kf(0,r)(K)+高阶项(2)对于完整状态的桥梁,频率不发生变化,即对于所有位置向量 r 都有 f(0,r)=0。因而式(2)可简化为式(3):i=KSi(r)=Kfi(0,r)(K)(3)同理,对于桥模态 j 完整状态下固有频率的变化量见式(4):j=KSj(r)=Kfj(0,r)(K)(
11、4)假设桥的刚度变化与桥的固有频率无关9,则见式(5):ij=Si(r)Sj(r)=h(r)(5)由式(5)可知,两个模态的频率变化比是损伤位置的函数。2.2 基于振型的损伤检测桥梁由两个箱梁组成,可假设桥梁模型为欧拉-伯努利梁模型,可计算模态 i 和 j 单元在两个位置(xj,xj+xj)之间的模态灵敏度(即模态能量的百分比)10见式(6)和(7):Fij=xj+xjxjEIi(x)2Kidx;Ki=L0EIi(x)2dx(6)Kij=KjL0EIi(x)2dx(7)式中:E 弹性模量;I 转动惯量;L 桥梁的跨长;i(x)第 i 阶模态的振型函数。对于损坏的桥梁,模态灵敏度见式(8):Fi
12、j=Fij+Fij(8)式中:Fij 在第 j 个单元和第 i 阶模态能量分数的变化量。对式(8)进行微分,Fij计算见式(9):Fij=KijKiKijKij-KiKi(9)假设 Ki Kij,式(9)可简化为式(10):FijKijKi(10)假设桥梁在多个位置 N 被破坏,Kij/Ki可近似为桥梁由于破坏而在第 i 个特征值下的分数变化11,见式(11):gi=KijKi1N2i2i(11)利用激光监测方法对桥梁进行周期性监测,获得桥梁固有频率和振型与完整状态下的变化。采用有限元模型模拟桥梁沿线不同位置和不同程度的各种损伤情况来计算固有频率和振型的变化。3 结果与讨论3.1 试验结果与有
13、限元结果对比对单跨钢箱梁桥和连续双钢箱梁桥的试验结果和有限元结果进行对比。对全尺寸单跨双钢箱梁桥进行了 3 次重复性试验。第 1 次和第 2 次试验分别用混凝土砌块质量突然加载到某一主梁在跨中而突然发生断裂和完全断裂来评估桥梁在 HS20-44 卡车加载下的行为。单跨钢箱梁桥和连续双钢箱梁桥的试验结果和有限元结果如图 6 所示。图中的横轴表示试验结束后测量挠度(显示在垂直轴上)沿跨度的距离。从图中可以看出,单跨桥梁的有限元模型可以很好地预测桥梁严重损伤后的力学性能。在测试过程中,将34.47 t 重的卡车载重等效的混凝土块放置于断裂大梁的路面上,发现其中 1 根主梁 83%的部分被切断,断裂桥
14、梁的由动态应变响应引起的固有频率为 1.72 Hz。连续跨度桥梁的频率试验结果和有限元结果见表 1,连续跨度桥梁的试验结果与有限元结果吻合性很好。利用现场试验得到的桥梁固有频率,验证了连续跨度桥梁模型设置的正确性。表 1 连续跨度桥梁的固有频率结果模态频率/Hz模态 1模态 2模态 3模态 4试验测试结果1.151.542.172.42有限元结果1.151.532.152.433.2 不同损伤状况下桥的动态特性疲劳开裂是钢梁桥结构失效的主要原因之一。61Research&Application of Building Materials图 6 试验与有限元结果垂直位移的对比一般来说,疲劳裂纹是
15、低疲劳抗力构件的外部变形或其他未预料到二次应力的结果。这些裂缝主要发生在跨架梁连接的非加筋区域。在存在疲劳裂纹的断裂临界构件中,裂纹尖端周围的应力集中导致构件发生较大的塑性变形,并最终在该区域断裂。疲劳开裂会导致梁的完全断裂,而没有明显的外部变化,因此,早期发现裂缝对防止主梁构件的严重破坏具有重要意义。此外,焊接和螺栓连接是钢桥的薄弱环节之一,因为其容易出现局部应力集中。为此,研究桥的不同损伤场景,包括支撑断裂、下翼缘断裂以及每跨中间任意根梁的局部和完全断裂,如图 7所示。采用已经过验证的有限元模型研究了单跨钢箱梁桥和连续双钢箱梁桥破坏后的动力行为。对于每种破坏状况,从有限元模型中得到桥的固有
16、频率和模态形状,并与桥梁的完整状态进行对比。图 7 桥的不同损伤状况单跨度桥梁在不同损伤状况下的固有频率见表 2。有限元模型是采用桥梁频率为 1.72 Hz 进行验证,桥梁频率来自混凝土块加载完全断裂时的测试结果。混凝土块质量降低了桥梁的固有频率,相比之下,从有限元模型提取完全断裂状况下的固有频率为 1.87 Hz。一阶模态和四阶模态对应桥梁的竖向弯曲,二阶模态对应桥梁的扭转弯曲,三阶模态对应桥梁的水平弯曲,其模态振型如图 8 所示。结果表明,结构系统产生损伤,如垂直支撑断裂或单梁下翼缘断裂,对桥梁动力响应频率的影响不显著。在这种情况下,靠近跨中部垂直支撑连接的失效仅使扭转频率(二阶模态)降低
17、 1.1%,而下翼缘断裂使弯曲频率(一阶模态)降低 0.9%。然而,梁的部分和完全断裂会显著改变桥梁的固有频率。有限元分析结果表明,由于桥梁刚度发生显著变化,扭转和弯曲频率均降低。桥发生部分断裂和完全断裂后,弯曲频率(一阶模态)分别降低 9.8%和 20.1%。四阶模态对跨中部振动幅值为 0 处的损伤不敏感。表 2 单跨度桥梁不同损伤的固有频率模态频率/Hz完整状态 支撑断裂下翼缘断裂部分断裂完全断裂12.342.342.322.111.8726.646.576.636.536.4337.557.557.557.537.5048.118.118.118.108.09图 8 单跨钢箱梁桥在完整状
18、态下的前四阶模态 连续跨度桥梁在不同损伤状况下的固有频率见表 3。对比了第一跨、第二跨和第三跨断裂后的前五阶固有频率。该桥的前三阶模态对应于桥的竖向弯曲,四阶模态和五阶模态分别对应于第一跨和第三跨的扭转弯曲。结果表明,支撑断裂(轻微损伤)会降低该桥跨处的扭转刚度。因此,对应桥梁扭转弯曲的固有频率会降低。连续跨桥梁的部分或完全断裂对桥梁的影响小于单跨钢箱梁桥,因为所有的71建材技术与应用 4/2023跨对桥梁的弯曲和扭转模式均有贡献,其中第一跨的损伤对桥梁动力性能的影响较小。在第一跨处发生完全断裂时,桥的一阶模态和二阶模态分别降低了 3.48%和 3.92%,而单跨桥在相同损伤下,桥的固有频率降
19、低了 20.1%。下翼缘断裂不改变连续跨度桥梁的前五阶固有频率,但是,这种损伤的影响会在更高频率的动态模式中产生。表 3 连续跨度桥梁在不同损伤状况下的固有频率模态频率/Hz完整状态第一跨第二跨第三跨支撑断裂部分断裂完全断裂支撑断裂部分断裂完全断裂支撑断裂部分断裂完全断裂11.151.151.131.111.151.151.151.151.131.1121.531.531.501.471.531.511.491.531.531.5332.152.152.152.152.152.142.132.152.132.1142.432.422.372.432.432.432.432.432.432.43
20、52.842.842.842.842.842.842.842.832.782.77 与桥梁完好状态相比,桥梁在支撑断裂、部分断裂和完全断裂状况下桥梁固有频率的变化情况见表 4。研究结果表明,在不同损伤下的固有频率变化中都有确定的模态。当桥梁的第一跨和第三跨发生严重破坏后,竖向弯曲所对应的一阶模态将发生变化,而二阶模态由梁第一跨和第三跨的破坏程度所决定。三阶模态中与第二跨、第三跨相关的变化情况与此类似。支撑断裂只会改变桥梁对应的扭转模态(四阶模态和五阶模态)。通过比较相应桥固有频率的变化情况,可以判断梁的损伤程度(部分断裂或完全断裂)。第一跨的发生部分断裂后,一阶模态和二阶模态的固有频率变化接近
21、于完全断裂时的 1/2,而扭转弯曲所对应的四阶模态固有频率变化在部分断裂和完全断裂情况下是一致的。表 4 连续跨度桥梁不同损伤的固有频率变化模态频率变化/%第一跨第二跨第三跨支撑断裂部分断裂完全断裂支撑断裂部分断裂完全断裂支撑断裂部分断裂完全断裂10.001.743.480.000.000.000.001.743.4820.001.963.920.001.312.610.000.000.0030.000.000.000.000.470.930.000.931.8640.412.472.470.000.000.000.000.000.0050.000.000.000.000.000.000.35
22、2.112.46 连续跨桥梁和单跨桥梁在部分断裂和完全断裂模态下的频率变化比见表 5。由式(5)可知,相应的频率变化比是沿桥损伤位置的函数。连续跨桥梁第一跨中部在部分断裂和完全断裂情况下,一阶模态和二阶模态的频率变化比是相等的,与其他位置的损伤不同,说明该比值是损伤位置的唯一函数。该模式可用于检测沿桥的断裂类型、断裂程度和断裂位置。基于非接触激光的方法可获得桥梁的固有频率,也可以利用监督机器学习方法进行桥梁连续监测12,根据频率变化的模式检测桥梁系统中可能损伤的断裂程度和断裂位置。使用频率变化进行损伤检测最大的特点在于:基于激光的方法测量桥梁固有频率相对简单。而连续跨桥梁发生部分断裂等损伤时可
23、能会出现固有频率发生非常小的变化情况,这些损伤可能会在测量分辨率和精度范围内被掩盖。此外,由于交通或测量温度而引起的桥梁质量的变化会给测量频率的变化带来不确定性。估该方法可用于简单跨度桥梁,其固有频率对显著损伤很敏感。表 5 桥梁在部分断裂和完全断裂模态下的频率变化比模态连续跨桥梁单跨桥梁第一跨1/2第二跨2/3第三跨1/31/4部分断裂0.72.01.024.6完全断裂0.72.01.024.53.3 桥的振型特性为了解决振动频率对损伤敏感度低的问题,模态振型变化可以作为损伤检测的一种替代方法。与固有频率相比,模态振型对局部损伤非常敏感。但提取桥梁模态振型需要沿桥梁安装传感器,传感器的数量和
24、位置的选择可能对损伤检测结果的准确性起关键影响。为了研究钢箱梁在不同损伤情况下振型的变化情况,从有限元模型中提取简单连续跨桥梁的振型,并与完整状态下的梁桥模型振型进行对比。单跨桥梁在跨中发生完全断裂后的前四阶模态如图 9 所示。结果表明,在断裂位置附近,前三阶模态发生了变化。与简单跨度桥梁类似,连续跨度桥梁发生部分断裂和完全断裂后,其振型发生了显著变化。连续双钢箱梁桥在第一跨跨中和第二跨跨中发生完全断裂所引起振型变化如图 10 所示,其中一阶模态对应于第一跨跨中发生完全断裂,二阶模态对应于第二跨跨中发生完全断裂。对比单跨桥梁和连续跨桥梁在完好状态和断裂情况下的振型如图 11 所示。从图 11
25、中可以看出,振幅比的变化灵敏可用于探测存在损伤的位置。这些变化在单跨桥梁跨中部发生部分断裂和完全断裂时更为明显,而较小的断裂(如支撑断裂和下翼缘断裂)则不明显。因此,在连续跨度桥梁中,较小的损伤不会影响测量的低阶振型,但可能会影响高阶模态。与频率变化相比,图 11(c)和(d)显示振型足够敏感,可以监测连续跨桥梁的显著损伤,这些损81Research&Application of Building Materials 图 9 单跨钢箱梁桥的模态振型变化伤可能导致桥梁固有频率发生非常小的变化。对比连续跨桥梁在完好状态和断裂状况下每一跨跨中位置的振型如图 11 所示。对比结果表明,沿连续跨桥 图
26、10 连续双钢箱梁桥的一阶模态和二阶模态变化梁不同位置的损伤具有不同的振幅比变化,该结果可用于连续跨桥梁损伤的定位。图 11 完好状态和断裂状况下振型对比图 12 连续跨桥梁完好状态和断裂状况跨中位置的振型对比 通过样条插值函数生成单跨桥梁的前两种弯曲模态(即一阶模态和四阶模态)和连续跨桥梁的前三种弯曲模态(即一阶模态、二阶模态和三阶模态)的振型曲率 i(x)。将式(6)除以 EImax2进行正则化,得到单跨桥梁和连续跨桥梁的正则化模态灵敏度如图 13 所示。结果表明:对于单跨桥梁,一阶模态对跨中附近的损伤监测和定位较为敏感,在1/4 跨附近,四阶模态可用于损伤检测。除了单跨桥梁的简支两端,单
27、个模态灵敏度(一阶模态或四阶模态)和组合模态灵敏度(一阶模态与四阶模态)对于桥整个跨度的大多数位置具有测试意义,如图13(a)所示。图 13(b)表明,在连续跨桥梁中,整个91建材技术与应用 4/2023桥梁的所有位置都存在前 3 种弯曲模态。组合模态的最大灵敏度在第一跨跨中、第三跨跨中和中间支座处,由于负弯矩的存在,可能会在桥面上产生拉伸断裂。图 13 桥梁的正则化模态灵敏度 4 结论利用激光测振仪研究单跨桥梁和连续三跨桥梁在不同损伤状况下的动力响应,探索基于桥梁动力响应的非接触式桥梁监测技术。利用现场试验与有限元结果进行验证,以研究桥梁的固有频率、破坏机制和最大承载能力。得出结论以下:4.
28、1 单跨桥梁和连续三跨桥梁的试验结果与有限元结果吻合性很好。靠近单跨度桥梁跨中部的垂直支撑连接的失效仅使扭转频率降低 1.1%,而下翼缘断裂使弯曲频率降低 0.9%。桥发生部分断裂和完全断裂后,弯曲频率分别降低 9.8%和 20.1%。四阶模态对跨中部振动幅值为 0 处的损伤不敏感。4.2 在连续跨度桥梁第一跨处发生完全断裂时,桥的一阶模态和二 阶 模 态 分 别 降 低 了 3.48%和3.92%;单跨桥在相同损伤状况下,桥的固有频率降低了 20.1%。同时下翼缘断裂不改变连续跨度桥梁的前五阶固有频率。4.3 振幅比的变化在单跨桥梁的跨中部发生部分断裂和完全断裂时更为明显,而较小的断裂则不明
29、显。在连续跨度桥梁中,较小的损伤不会影响测量的低阶振型,可能会影响高阶模态。连续跨桥梁振幅比的变化可用于其损伤的定位。4.4 对于单跨桥梁,其单个模态灵敏度和组合模态灵敏度对于桥整个跨度的大多数位置具有测试意义。对于连续跨桥梁,组合模态的最大灵敏度在第一跨跨中、第三跨跨中和中间支座处,由于负弯矩的存在,可能会在桥面上产生拉伸断裂。参考文献:1 曾滨,许庆,徐曼.预应力拉索激光非接触式动力检测与分析方法研究J.建筑结构学报,2022,43(10):50-59.2 马进华,金晖.非接触式路面温度监测系统在桥梁结构健康监测中的应用J.现代交通技术,2010,7(5):34-36.3 AASHTO,A
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31、ociation of State Highway and Transportation Officials,2018.5 Hsieh K H,Halling M W,Barr P J.Overview of vibrational structural healthmonitoring with representative case studiesJ.Journal of Bridge Engineering,2006,11(6):707-715.6 檀威,李琼.大跨度钢箱梁斜拉桥自振特性影响因素分析J.河南科技,2022,41(6):69-72.7 李双池,黄政华.连续钢箱梁桥单辆车及两
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35、ials 试试试试试试试试试试试试试试试试试试验验验验验验验验验验验验验验验验验验研研研研研研研研研研研研研研研研研研究究究究究究究究究究究究究究究究究究Research on Non-contact Monitoring Based on Dynamic Response of Steel Box Girder BridgeWANG Xiao-feng(Taiyuan Municipal Public Works Quality and Safety Station(Taiyuan Rail Transit Construction Service Center),Taiyuan,Shanx
36、i,030024,China)Abstract:In this paper,the dynamic responses of a single-span bridge and a continuous three-span bridge under different damage conditions were tested with a vibrational-detecting laser apparatus,and a non-contact bridge monitoring technology based on the dynamic response of the bridge
37、 was established,which was verified by field tests and finite element results.The results show that the test results of single-span bridges and continuous three-span bridges are in good agreement with the finite element results.The support fracture can reduce the torsional stiffness of the bridge sp
38、an.The effect of partial or complete fracture on continuous span bridge is less than that of single span steel box girder bridge.Key words:steel box girder bridge;bridge monitoring;finite element analysis;modal analysis作者简介:王晓峰(1977-),女,山西五台人,高级工程师,硕士,现从事市政道路与桥梁方面的工作。收稿日期:2022-12-13(编辑 李江华)文章编号:1009
39、-9441(2023)04-0021-05吉 首 某 边 坡 稳 定 性 分 析 胡弘毅,贺建清(湖南科技大学 土木工程学院,湖南 湘潭 411201)摘 要:基于赤平投影法、极限平衡分析法、数值分析法和三维楔形体分析法对吉首某边坡在其天然和暴雨状态下考虑、不考虑上部荷载两种情况的稳定性进行分析。研究表明:该段岩质边坡在不考虑上部荷载和考虑上部荷载两种情况下的整体和局部稳定性均为稳定。关键词:边坡;稳定性分析;天然状态;暴雨状态中图分类号:TU 457 文献标识码:A引言随着我国人民生活水平的提高,在边坡顶部修建的房屋越来越多,房屋楼层也越来越高,这加剧了边坡的不稳定性。影响岩质边坡的因素有岩
40、石性质、岩体结构和水文地质条件等。其中,岩质边坡结构面是影响其稳定性的主要因素1-2。目前已有众多学者对岩质边坡稳定性进行了研究,下文拟对吉首某边坡工程地质条件进行分析,采用赤平投影法、极限平衡分析法、数值分析法和三维楔形体法等3-7对其稳定性进行定性和定量分析。1 工程概况1.1 拟建工程概况边坡坡顶拟建工程距边坡顶部 10.612.4 m;拟建建筑物层数分别为 11F 和 10F,框架结构、拟采用柱下独立基础与桩基础;场地设计地坪标高为293.00294.30 m,存在-1F 地下室,地下室底板标高为 288.90 m。边坡处为岩质边坡,边坡面已进行浮石清理及喷浆抹面,边坡现阶段无明显变形,如图 1 所示。图 1 建设场地原始地貌全景12建材技术与应用 4/2023
