土工袋挡墙振动台模型试验研究

为了分析土工袋挡墙的地震动力响应特征,研制一个叠层剪切模型箱,借此开展土工袋挡墙大型振动台模型试验。结果表明:土工袋挡墙作为一种新型的柔性挡土墙型式,在地震过程中依靠自身变形耗散了大量能量,加速度放大系数随墙高的升高而增大,而随输入地震动峰值加速度的增大而有减小的趋势;土工袋挡墙与墙后填土具有相近的基频与类似的频谱特征,墙体与填土变形基本协调,整个结构的基频随着输入地震动峰值加速度的增大与经受的振动次数增加逐渐减小;土工袋挡墙墙–土间峰值动土压力随着输入地震动峰值加速度的增大呈增大趋势,沿墙高分布近似为"S"型(或称为"双峰型");经受多次振动后土工袋挡墙的累计残余水平位移较小,在0.6 g的输入地震动作用下,最大累计位移仅为墙高的0.29%,表明土工袋挡墙具有良好的抗震性能。     

简谐波作用下加筋土挡墙动土压力模型试验研究

动荷载作用下,惯性力与动土压力对加筋土挡墙的稳定性影响显著。尽管现有计算方法对地震荷载下加筋土挡墙的动土压力计算进行规定和建议,但大量工程实践表明,现有计算方法设计保守性问题却十分突出并且各方法之间存在较大差异。为了研究动荷载下加筋土挡墙的动土压力,采用简谐波加载的方式进行一组振动台模型试验。根据测试数值的时程记录,分析实测动土压力与现有计算解的异同,主要得到以下结论:当动土压力达到峰值时,墙体面板产生向墙背填土方向的位移,因而峰值土压力不能直接用于分析动荷载下墙体的主动破坏;惯性力与动土压力并非同时达到极值点,两者之间存在相位差;实测动土压力沿墙高的分布形式及合力作用点分别与M-O法、S-W法类似,并且测试值远小于计算值;在墙体达到主动状态时,筋材末端土压力为负值,即简谐荷载下动土压力小于静止时的土压力。     

回填EPS混合土的防滑悬臂式挡墙地震稳定性分析

以一种带防滑齿的"T"型悬臂式挡土墙为对象,采用振动台模型试验揭示了分别回填EPS混合土和天然南京细砂时的挡墙地震稳定性特征。分析并比较了墙–土体系的地震反应以及墙背动土压力分布,重点讨论了试验的防滑悬臂式挡墙位移模式以及回填土性质对墙背动土推力的影响。试验结果表明,回填EPS混合土时,填土地表加速度反应相对更小。回填土的动土推力对墙体转动位移的贡献随激励峰值的增大而增大;墙–土惯性相互作用效应与回填土的动力变形模式密切相关。两种回填料下的墙背动土压力分布形态具有显著差异;砂土–挡墙体系的动土推力与地表峰值加速度间趋向非线性关系,作用点接近2/3墙高。回填EPS混合土时两者更接近线性关系,且动土推力作用点接近1/3墙高。两种体系的动土推力作用点随地表峰值加速度增大均略有下移。基于试验结果与几种经典的解析方法预测结果比较,给出了EPS混合土柔性挡墙抗震分析的几点建议。     

土工格栅返包土工袋加筋土挡墙的地震响应分析及设计建议

为了研究土工袋加筋土挡墙在地震作用下的抗震性能,开展了大型的振动台模型试验。结果表明：随着加载的持续进行,挡墙模型的自振频率降低,阻尼比增加;PGA放大系数随输入地震动峰值加速度的增大而减小,墙高对PGA放大系数的影响反倒不大。土工袋加筋土挡墙的峰值动土压力呈现“中间小,两头大”的分布规律,且墙高越高,输入地震动峰值加速度越大,峰值动土压力越大,而不同地震波形的频谱差异对土压力量值和分布的影响较小。通过数值模拟研究了坡度对土工袋加筋土挡墙力学特性的影响,认为土工袋加筋土挡墙墙后侧向土压力和筋材的拉应力随着墙体坡度的增大而增大,当墙体坡度小于1∶0.75时,侧向土压力较小;当墙体坡度大于1∶0.75时,墙后土压力迅速增加,土压力的分布图式类似呈三角形分布。筋材的拉应力沿长度方向呈单峰型分布,各层筋材的拉应力随上覆填土厚度的增加而增大,但增加的幅度逐渐减小。另外,土工袋加筋土挡墙的剪应变增量、活动区范围以及位移均随墙体坡度的增大而增大。     

钢带式加筋挡土墙受力与变形监测研究

在深圳河道治理工程中,由于一侧施工场地环境受到限制,因此采用一座总墙高为7.7m的新型挡土结构——钢带式加筋土挡墙起支挡围护的作用。为了研究挡墙墙体的水平位移、基底土压力和墙背侧向土压力以及拉筋筋带受力的分布规律,对该挡墙的变形和受力情况进行了现场原位观测,得到了水平位移、基底土压力和墙背侧向土压力以及筋带拉力的变化和分布规律,研究结果可供今后类似挡墙结构的设计和研究以及监测提供参考。     

交通荷载下台阶式加筋土挡墙动力响应的试验研究

台阶式加筋土挡墙在山区道路边坡支挡结构中应用广泛,针对总高相同的二级台阶式加筋土挡墙开展1∶3大型缩尺模型试验,首先分析交通循环荷载作用下台阶宽度D对加筋土挡墙顶部基础沉降比的影响,进而选取D=0.4H2(H2为下级挡墙高度)的台阶式加筋土挡墙,研究交通荷载幅值及频率变化时,挡墙位移、土压力、筋材应变和潜在滑动面的动力响应规律。结果表明:加载初期挡墙顶部沉降和面板水平位移增加明显,但随循环次数增加呈收敛趋势;面板最大水平位移出现在上级墙高约0.85H(H为总墙高)处,且分布模式几乎不受幅值及频率变化影响;荷载幅值和频率对上级挡墙筋材应变的影响明显,下级挡墙筋材在上级墙趾下方处应变较大;二级挡墙水平土压力值沿墙高均呈顶部与底部小而中部较大的分布形式;上级挡墙潜在破裂面随荷载幅值增大而下移,由局部破坏逐渐向深层整体破坏演变;填筑过程将使下墙近面板处垂直应力增至约为1.5倍自重。研究结果将为台阶式加筋土挡墙设计与施工提供有益指导。     

多级拼装悬臂式挡墙地震响应振动台模型试验

多级拼装悬臂式挡墙是一种可用于高填方工程的新型轻型支挡结构。为确定墙–坡系统的地震动力响应特征,进行几何、重度和时间相似比分别为1∶10,1∶1和1∶3.162的三级拼装悬臂墙支挡边坡的水平振动台模型试验。结果表明:坡体加速度沿墙高呈明显的非线性放大效应;墙后静止土压力和动土压力均呈"三峰型"分布模式,各级墙踵板对其下部墙背土压力存在遮蔽效应,动土压力沿墙高呈显著的多段折线型分布模式;在地震波波峰时刻,墙体位移急剧增大并接近永久位移;地震作用过程中墙–坡系统的变形发展可分为PGA≤0.4 g时的多级墙体微小变形、0.4 g相似文献   

均布荷载作用下的无黏性土地震被动土压力计算

 针对现有地震被动土压力计算方法的局限性与不足,在平面滑裂面假设下,提出采用拟动力法计算填土表面有均布荷载作用下的地震被动土压力,同时得到被动土压力沿墙高的分布曲线。通过分析墙土摩擦角、填土内摩擦角、水平向和竖向地震加速度系数对被动土压力值及其分布的影响,得出地震被动土压力随墙土摩擦角及填土内摩擦角的增大而增大,随水平向及竖向地震加速度的增大而减小。拟动力法计算得到的地震被动土压力值大于Mononobe-Okabe理论的计算值,且所得的地震被动土压力沿墙高呈非线性分布。     

地震作用下饱和回填砂土重力式挡土结构滑动与转动位移分析

 预测地震作用下重力式挡土结构的位移是基于位移抗震设计方法的关键。基于Newmark滑动理论、超孔隙水压力应力模型和累积损伤原理,建立饱和回填砂土中超孔压比时程计算模型,以及墙体滑动和转动临界加速度时程计算模型。基于所建立的模型,提出用于计算饱和回填砂土重力式挡土结构滑动和转动位移的计算方法。采用该方法,分析土体参数和地震动参数对墙体滑动及转动位移的影响,并对墙体滑动与转动的耦合作用进行研究。结果表明,填土不发生液化的情况下,滑动位移对土体相对密度和墙体与地基土间的摩擦角十分敏感;转动位移对输入地震的震级、水平加速度和竖向加速度、填土的内摩擦角、墙背摩擦角和相对密度均较为敏感。超孔隙水压力对墙体滑动和转动位移的影响不可忽视。在地震作用下墙体与墙后填土破坏土楔体共同运动的假设条件下,墙体滑动与墙体转动相互抑制。     

有限土体刚性挡墙平动模式被动土压力试验研究

经典的库仑或朗肯土压力理论无法适用有限土体情况下的土压力问题。利用研制的土压力试验模型装置,进行了一组不同填土宽度的刚性挡墙平动模式室内模型试验,采用微型土压力盒量测从静止状态到被动极限状态的水平土压力分布的变化,利用颗粒图像测速技术研究土体内滑裂面发展规律。试验结果表明:半无限土体情况下的被动土压力大小、分布和合力作用点与库仑被动土压力较为接近。而有限宽度情况下移动挡墙上各深度的被动土压力值均大于库仑被动土压力,且土体宽度越窄,挡墙的被动极限位移有增大趋势,挡墙下部的被动土压力增大更明显,土压力分布的非线性程度愈高,被动土压力系数越大,被动土压力合力作用点明显往墙底移动。随着填土宽度的减小,填土表面的隆起愈明显,滑裂面的倾角略有增大。当移动挡墙达到或接近极限状态时,固定边界上的水平土压力随填土宽度的减小而逐渐增大,甚至接近库仑被动土压力。     

黏性土挡土墙在地震作用下被动土压力研究

在非地震主动土压力公式的基础上,用微分薄层法给出了地震条件下被动土压力公式,其中填土面倾斜、墙背倾斜、填土为c~土、墙背与填土间同时存在c~作用、墙后破裂体存在水平向和竖向的地震加速度,目前所见的地震情况下和非地震情况下的被动土压力公式均是本文公式的特例。对上述同一条件下的挡墙用过墙锺的整块破裂体作静力平衡分析(如库仑分析)得到的总土压力与本文微分薄层法得到的总土压力,大小相等,但作用点位置本法明显增加,由此理论和很多实验得知,设计抗震和非抗震时的很多类挡墙要引起足够的重视。     

浸水条件下有限土体土压力试验研究与数值分析

采用自主设计自动控制模型箱,开展了墙后有限宽度浸水无粘性土体在绕墙底转动、平动及绕墙顶转动3种位移模式下的主动土压力试验,并通过ABAQUS进行数值模拟,分析研究了墙后不同宽度土体的破坏形式及其土压力分布规律。研究结果表明,3种位移模式下,有限土体宽度较窄时破裂面被固定挡墙截断,随着填土宽度的增加破裂面开始延伸至填土表面,并最终稳定于库伦破裂面内侧。3种位移模式下的有限土体土压力分布均明显小于水土分算值,且随填土宽度的增加而逐渐接近水土分算理论值;绕墙底转动时土压力分布接近三角形分布,平动时土压力随土体宽度增加渐呈“勺型”分布,而绕墙顶转动时则呈“S”型分布规律。     

浸水条件下有限土体土压力试验研究与数值分析

采用自主设计自动控制模型箱,开展了墙后有限宽度浸水无粘性土体在绕墙底转动、平动及绕墙顶转动3种位移模式下的主动土压力试验,并通过ABAQUS进行数值模拟,分析研究了墙后不同宽度土体的破坏形式及其土压力分布规律。研究结果表明,3种位移模式下,有限土体宽度较窄时破裂面被固定挡墙截断,随着填土宽度的增加破裂面开始延伸至填土表面,并最终稳定于库伦破裂面内侧。3种位移模式下的有限土体土压力分布均明显小于水土分算值,且随填土宽度的增加而逐渐接近水土分算理论值;绕墙底转动时土压力分布接近三角形分布,平动时土压力随土体宽度增加渐呈"勺型"分布,而绕墙顶转动时则呈"S"型分布规律。     

衡重式加筋土路肩挡墙土工离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式加筋土路肩挡土墙为原型,设计了4组模拟墙体实际位移形态的土工离心模型试验,讨论了墙后土体压实度和土中加筋对墙背土压力和路基填土变形的影响规律。试验表明：①墙后土体加筋对减小墙背承受的土压力作用随填土压实度的提高而趋于明显,主要影响区域位于上墙背的下半部分,压实度由88%增至95%会引起上墙背土压力分布由近似线性增大演化为折线型变化;②衡重台对其上覆填土存在托举效应,致使下墙背的土压力大幅减小,其影响范围约为衡重台以下约1/3下墙高度;③墙后土体加筋能提高路基填土的抗变形能力,减小因墙体侧向位移引起的填土表面下沉,对降低新旧路基间的不均匀变形效果显著。     

地震条件下倾斜挡土墙被动土压力研究

挡土墙的抗震设计是减小地震灾害的一项重要措施。在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,将随机出现的地震力按最不利工况下的静力考虑,利用水平层分析法得到了地震加速度沿墙高均匀分布时不同挡土墙倾角、填土摩擦角、墙背摩擦角下的地震被动土压力系数、被动土压力强度、被动土压力合力和被动土压力合力作用点的理论公式。分析了地震加速度系数、挡土墙倾角、填土内摩擦角对被动土压力系数和土压力分布的影响,结果表明,地震被动土压力合力与Mononobe-Okabe理论相同,地震土压力强度为非线性分布。在最不利工况下,地震力的出现大大减小了被动土压力,减小的程度随地震加速度的增加而增加。     

地震动土压力水平层分析法

Mononobe-Okabe公式是挡土结构设计中关于侧向动土压力计算的常用方法。但Mononobe-Okabe公式的诸多假设使得其公式适用范围受限,而且无法给出地震动土压力合力作用点位置及地震动土压力强度沿墙背分布情况。为弥补以上不足,基于Mononobe-Okabe平面破裂面假设,采用水平层分析法推导地震条件下主动和被动土压力合力及其作用点位置、土压力强度分布公式,并采用图解法得到临界破裂角的显式解答。公式考虑水平和垂直地震加速度、墙背倾角、挡墙墙背与填料黏结力和外摩擦角、均布超载等诸多因素,可以适用于黏性土和无黏性土的主动和被动土压力计算。分析结果表明,地震条件下土压力强度沿墙高为非线性分布,在相应简化假设条件下公式与Mononobe-Okabe公式完全一致。     

软土地基加筋石灰土路堤离心模型试验数值模拟

 建立以离心试验几何尺寸的有限元数值模型,模拟变加速度加载下软土地基加筋石灰土路堤中的位移、土压力、孔隙水压力和加筋拉力随时间的变化规律,并与离心模型试验结果进行比较;同时,采用该数值模型计算了不加筋、加1,2层筋时路堤和地基位移情况。计算结果表明,加筋路堤沉降量、土压力、孔隙水压力和加筋拉力的计算值与离心试验实测值吻合很好或基本一致,表明该数值模型是合理的;不加筋路堤的中心沉降量和坡脚下地基水平位移比加1层筋时明显大一些,两者在加速度为100.0 g时地面坡脚处的水平位移差值达近2 mm,而加2层筋时位移与加1层筋接近。     

强地震荷载作用下临水挡土墙的拟动力法稳定性分析

 假设墙后填土破坏面为曲面,用正弦波模拟地震加速度时程曲线,采用拟动力法对临水挡土墙进行稳定性分析,确定了挡土墙和墙后填土所受的阻尼力和惯性力,获得地震荷载作用下挡土墙的被动土压力、抗滑和抗倾覆稳定性系数的封闭形式解析解。定量分析地震加速度、放大系数、墙后填土的物理力学参数和动水压力对挡土墙的滑动位移、挡土墙的抗滑和抗倾覆稳定性系数的影响,得出当地震加速度、放大系数越大,水位越高,内摩擦角越小,临水挡土墙的稳定性越差。     

台阶式加筋土挡墙面板水平位移与稳定性关系研究

为研究台阶式加筋土挡墙面板水平位移特征及其最大水平位移与稳定性的量化关系，采用验证的有限差分数值方法确定挡墙面板水平位移和每层筋材最大拉力，并借助强度折减方法确定相应挡墙的稳定系数，进而参数化分析填土及地基土性质、筋材性质和分级模式对面板水平位移及挡墙稳定性的影响，结果表明：(1)针对两级加筋土挡墙，保持其他参数不变：增加填土内摩擦角φ或黏聚力c，挡墙自稳能力增强，最大水平位移和实际筋材最大拉力均明显减少；增加上级或下级挡墙筋材长度，面板最大水平位移呈减少趋势，挡墙稳定系数相应增加，当上级筋材长度为0.7H(H为总墙高)和下级筋材长度为0.6H时，挡墙变形和稳定系数趋于稳定；减少筋材层间距或增加筋材刚度，挡墙最大水平位移减小，而稳定系数相应增加。(2)针对各级挡墙均分总墙高的台阶式加筋土挡墙，增加台阶宽度，面板最大水平位移先减小后渐趋稳定，对于规范推荐的填土(φ=34°)，确定相邻两级挡墙互不影响的临界台阶宽度为1.2倍分级墙高。(3)当台阶式加筋土挡墙总墙高和相对台阶宽度不变时，增加分级数导致最大水平位移和稳定系数均呈先减少后增加的趋势；两级加筋土挡墙上、下级墙高比不大于1时，墙高比...     

砂土中挡墙不同变位模式主动土压力模型试验

针对刚性挡墙不同变位模式,对基坑开挖过程中土体作用于墙上的主动土压力进行模型试验研究。试验模拟了在平移(T模式)、绕墙趾转动(RB模式)和绕墙顶转动(RT模式)3种基本刚性变位模式下挡墙土压力的变化,得到了墙背主动土压力的基本规律。试验观察发现,挡墙平移时,主动土压力呈重心下移的抛物线形,挡墙变位最大位移约0.002H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙趾转动时,主动土压力近似呈三角形分布,约0.0035H时达到极限平衡状态;挡墙绕墙顶转动时,主动土压力呈上部大而下部小的抛物线形,约0.0025H时达到极限平衡状态。本文还将得到的主动土压力规律进行简化,得到了3种基本变位模式下的主动土压力简化图,对工程实践具有指导意义。