本书以工程实践中常用的框架锚杆支护结构、重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构、桩板墙+框架锚杆组合支挡结构、桩锚+框架锚杆组合支挡结构等锚固支挡结构为研究对象，通过现场原位观测、地震模拟振动台试验、数值模拟及理论分析等研究手段，研究了单级和分级、不同组合锚固支挡结构的力学特性和抗震性能，主要内容有：


（1）单级框架锚杆支护结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力仿真模拟等研究手段，揭示了不同强度、不同类型、多维度的地震动激励工况下框架锚杆支护结构的水平和竖直加速度响应、动位移响应及锚杆轴力响应，建立了单级框架锚杆支护结构的极限分析理论模型，推导了单级框架锚杆支护结构锚杆轴力计算公式。


（2）多级框架锚杆支护结构的抗震分析。通过三维动力数值模拟等研究手段，分析了三级边坡框架锚杆支护结构的力学特性和抗震性能，结合加速度响应、位移响应、锚杆轴力响应等，得出锚杆轴力为多级框架锚杆支护结构地震稳定性的控制因素。结合多级框锚支护结构逆作法施工工序，推导了基于锚杆轴力控制的多级框架锚杆支护结构的抗震计算公式。


（3）重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力数值仿真手段，揭示了以重力式挡墙和锚杆框架梁为刚、柔组合结构的水平和竖直加速度、地震土压力、挡墙位移、锚杆轴力的响应规律，验证了刚、柔组合理念在地震高烈度区的可行性。对比和分析了顺层边坡和基覆边坡下重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震特性，提出组合支挡结构抗震优化设计建议。


（4）单一框架锚杆支护结构和组合支挡结构的抗震对比。以单一框架锚杆支护结构和重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构作为典型对比，从加速度响应、位移响应、锚杆轴力规律及单元体破坏时程特征，验证了组合支护结构更为优良的抗震性能。


（5）桩板墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力数值仿真手段，研究了桩板墙+框架锚杆组合支挡结构的水平和竖直加速度响应、地震土压力响应、锚杆轴力响应以及桩—板相互作用特性。


（6）桩锚+框架锚杆组合支挡结构的力学特性与抗震分析。以某高边坡桩锚+框锚组合支挡结构实体工程为研究背景，开展了长期的现场观测试验，并通过数值模拟进行拓展研究，分析了桩锚+框锚组合支挡结构的施工全过程力学特性和地震响应特性。

我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度洋板块和菲律宾板块的挤压，地震活动频繁而又强烈，是世界上大陆地震最活跃、地震灾害最严重的国家之一。在我国，7 度以上地震高烈度区覆盖了一半以上的国土面积，包括 23 个省会城市和三分之二的超百万人口大城市。现阶段，伴随着我国"一带一路"倡议和西部大开发战略的实施和深入，大规模的基础设施建设任务依旧任重道远。我国 70%的国土为山岭和丘陵，因此，在基础设施建设中不可避免地会面临复杂地形地貌的边坡支护及抗震设防等问题。在铁路工程领域，我国的《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111—2006）在汶川地震后进行了局部修订，但规范仅推荐了单级、均质边坡地震稳定性计算的圆弧条分法，而关于支挡结构抗震设计，其条文依据为 1980 年四川省建科所的关于重力式挡墙的振动台试验研究成果。我国的《公路工程抗震规范》（JTG B02—2013）在边坡与支挡结构抗震设计方面则沿用了铁路抗震规范的设计条文和条文依据。支挡结构的抗震分析理论水平已远落后于工程实践。
本书以工程实践中常用的框架锚杆支护结构、重力式挡墙＋框架锚杆组合支挡结构、桩板墙＋框架锚杆组合支挡结构、桩锚＋框架锚杆组合支挡结构等锚固支挡结构为研究对象，通过现场原位观测、地震模拟振动台试验、数值模拟及理论分析等研究手段，研究了单级和分级、不同组合锚固支挡结构的力学特性和抗震性能，主要内容有∶
（1）单级框架锚杆支护结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力仿真模拟等研究手段，揭示了不同强度、不同类型、多维度的地震动激励工况下框架锚杆支护结构的水平和竖直加速度响应、动位移响应及锚杆轴力响应，建立了单级框架锚杆支护结构的极限分析理论模型，推导了单级框架锚杆支护结构锚杆轴力计算公式。
（2）多级框架锚杆支护结构的抗震分析。通过三维动力数值模拟等研究手段，分析了三级边坡框架锚杆支护结构的力学特性和抗震性能，结合加速度响应、位移响应、锚杆轴力响应等，得出锚杆轴力为多级框架锚杆支护结构地震稳定性的控制因素。结合多级框锚支护结构逆作法施工工序，推导了基于锚杆轴力控制的多级框架锚杆支护结构的抗震计算公式。
分级边坡组合支挡结构的力学特性与抗震分析
（3）重力式挡墙＋框架锚杆组合支挡结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力数值仿真手段，揭示了以重力式挡墙和锚杆框架梁为刚、柔组合结构的水平和竖直加速度、地震土压力、挡墙位移、锚杆轴力的响应规律，验证了刚、柔组合理念在地震高烈度区的可行性。对比和分析了顺层边坡和基覆边坡下重力式挡墙＋框架锚杆组合支挡结构的抗震特性，提出组合支挡结构抗震优化设计建议，并开发了组合支护结构墙后土压力及锚杆轴力的计算软件。
（4）单一框架锚杆支护结构和组合支挡结构的抗震对比。以单一框架锚杆支护结构和重力式挡墙＋框架锚杆组合支挡结构作为典型对比，从加速度响应、位移响应、锚杆轴力规律及单元体破坏时程特征，验证了组合支护结构更为优良的抗震性能。为地震高烈度区支挡结构选型提供依据。
（5）桩板墙＋框架锚杆组合支挡结构的抗震分析。通过振动台模型试验和动力数值仿真手段，研究了桩板墙＋框架锚杆组合支挡结构的水平和竖直加速度响应、地震土压力响应、锚杆轴力响应以及桩—板相互作用特性。为桩板墙框架锚杆组合支挡结构的抗震设防技术和抗震分析方法提供建议。
（6）桩锚＋框架锚杆组合支挡结构的力学特性 与抗震分析。以某高边坡桩锚＋框锚组合支挡结构实体工程为研究背景，开展了长期的现场观测试验，并通过数值模拟进行拓展研究，分析了桩锚＋框锚组合支挡结构的施工全过程力学特性和地震响应特性，为实体工程修建提供依据，为类似工程建设提供参考。
本书是在程学明、李聪、李英鑫、石峰等课题组成员的学位论文，以及相关课题研究成果报告的基础上总结归纳整理而成。博士生鲁立，硕士生宋宣儒、李亚龙、马野在本书撰写过程中做了文整、绘图等工作。
本书的研究内容得到了国家自然科学基金项目"多级边坡格构式锚杆支护结构的抗震分析理论与设计方法"（编号51878667）、"高边坡复合支挡结构抗震设计方法与试验研究"（编号 51678571）、"重载铁路膨胀土路堑基床结构长期动力稳定性研究"（编号 51778641）、"挡墙黏性土地震土压力非线性分布的分析方法研究"（编号 51308551）和湖南省自然科学基金项目"典型组合式支护结构的地震动力特性与分析理论"（编号 2018JJ2517）的资助，在此一并致谢!
本书的研究工作得到了中国中铁二院工程集团有限公司、中建五局土木工程有限公司、招商局重庆交通科研设计研究院、西南交通大学、中国科学院力学研究所等单位的大力支持，在此表示感谢!
限于知识水平，书中难免有疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正!
作者
2020年6月

第1章绪论


1.1研究背景和意义1


1.2锚固与组合支挡结构3


1.3锚固支护结构的力学特性研究4


1.4边坡与支挡结构的抗震分析7


1.5主要研究工作15


第2章单级框架锚杆支护结构的抗震分析17


2.1单级框架锚杆支护结构的振动台试验设计17


2.2单级框架锚杆支护结构的数值仿真模型21


2.3单级框架锚杆支护结构的地震响应分析24


2.4单级框架锚杆支护结构的抗震分析理论32


第3章多级框架锚杆支护结构的抗震分析37


3.1多级框架锚杆支护结构的三维仿真模型37


3.2多级框架锚杆支护结构的地震响应特性40


3.3地震动参数对多级框锚支护结构动力响应的影响54


3.4多级框架锚杆支护结构的抗震分析理论61


第4章重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震分析72


4.1顺层边坡重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的振动台试验设计73


4.2顺层边坡重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的数值模型78


4.3顺层边坡重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的地震响应分析80


4.4顺层倾角对重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构抗震特性的影响93


4.5顺层和基覆边坡的重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构抗震对比101


4.6重力式挡墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震分析理论110


4.7重力式挡墙+锚杆框架组合支挡结构的抗震计算软件123


第5章单级框锚支护与分级组合支挡结构的抗震对比131


5.1单级框锚支护和组合支挡结构的对比模型131


5.2数值模拟结果验证134


5.3框锚支护结构和组合支挡结构的地震响应对比135


第6章桩板墙+框架锚杆组合支挡结构的抗震分析145


6.1桩板墙+框锚组合支挡结构的振动台试验设计146


6.2桩板墙+框锚组合支挡结构的数值仿真模型148


6.3桩板墙+框锚组合支挡结构的地震响应分析150


6.4桩板墙+框锚组合支挡结构的抗震分析理论158


第7章桩锚+框锚

林宇亮，男，博士、博士后，中南大学副教授、博士生导师、博士后合作导师。一直从事边坡与支挡结构力学特性与地震稳定性研究。主持国家自然科学基金项目3项、湖南省自然科学基金项目2项。主持中国博士后科学基金面上项目、国家重点实验室开放课题、湖南省创新课题等纵向项目10余项。发表论文50余篇，其中SCI检索21篇，EI论文30余篇。申请专利17项。出版专著2部，主编教材1部。,杨果林，男，博士，中南大学二级教授，博士生导师、博士后合作导师。主持国家自然科学基金、省、部级科研项目40多项，获得国家、省部级科技成果奖14项；出版专著10部；发表学术论文200多篇，其中SCI、EI收录90多篇。

本书聚焦工程实际应用的各种边坡支挡结构，通过现场原位观测、地震模拟振动台试验、数值模拟及理论分析等研究手段，揭示了单级和分级、不同组合锚固支挡结构的力学特性和抗震性能。研究成果可为边坡施工及研究人员提供参考。