地震作用下挡土墙抗倾覆稳定安全系数研究

基于拟动力法,考虑墙背面和填土面倾斜的工况,推导出挡土墙在地震作用下的抗倾覆稳定安全系数的计算表达式。数值算例结果表明,稳定安全系数随着填土内摩擦角、墙土外摩擦角和墙背面倾角的增大而增大,随地震放大系数、水平加速度影响系数和填土面倾角的增大而减小。其中,只有在地震作用较大时,放大系数的影响才逐渐显现,同时,摩擦角的影响却相对减弱;墙背面倾角和填土面倾角不同时,稳定系数随地震作用的变化趋势基本一致。通过对比2种计算方法的结果可知,拟动力法由于考虑了地震周期和地震波效应的影响,计算得到的稳定安全系数比拟静力法大。     

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。     

挡土墙非极限状态主动土压力分布

改进库仑极限平衡理论,用于非极限状态主动土压力的研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的滑动楔体所产生。在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上力的平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力基本方程,并结合整个滑楔体的力矩平衡条件,由此得到对应不同内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比的侧土压力系数,将其用于水平微分单元法求解刚性挡土墙平移模式下非极限状态主动土压力,得到挡土墙土压力和合力作用点的理论公式。分析填土内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比对土侧压力系数、土压力强度、土压力合力、土压力合力作用点的影响,并与模型试验数据进行比较。另外,通过探讨位移比对挡土墙倾覆力矩的影响,认为采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙主动非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。     

地震荷载下重力式挡土墙的抗倾覆稳定性分析

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法推导了地震荷载作用下的主动土压力计算公式,并给出了地震土压力沿墙高的分布及土压力合力作用点的位置。在此基础上提出了重力式挡土墙的抗倾覆稳定性验算公式,为实际工程中挡土墙抗震设计提供了理论依据。稳定性分析结果表明,随着水平地震荷载的增大,抗倾覆稳定性显著降低。     

考虑土体强度非线性的地震主动土压力分析

大量试验研究和工程实践表明岩土体强度通常是非线性的.在极限分析上限理论的基础上,采用广义切线技术和拟动力法,对挡土墙的地震主动土压力上限进行分析.同时,采用离散法生成破坏机构来满足惯性力随空间位置变化的要求.对比和研究表明,水平地震系数、周期、波速、土体放大系数、垂直地震系数的增大均导致主动土压力的增大.此外,初始黏聚力的增大有利于墙后填土的稳定,而非线性系数和单轴抗拉强度的增大均不利于墙后填土的稳定.研究结果可为工程设计与施工提供参考.     

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。     

不同土压力下悬扶壁式挡土墙抗倾覆稳定比较

对国内、国外两种不同土压力计算模式下悬扶壁式挡土墙的抗倾覆稳定性进行了分析。结果表明,在同一安全系数的水平下,我国规范采用库仑土压力计算悬扶壁式挡土墙的抗倾覆稳定安全度,比国外标准采用朗金土压力计算的安全度高,只有在墙后填土水平且无粘聚力时,我国规范的安全度稍低。     

非极限状态挡土墙主动土压力研究

利用薄层单元法对挡土墙非极限状态主动土压力进行研究,认为挡土墙土压力是由墙后填土在平衡状态下出现的楔形土体产生,取挡土墙后楔形土体沿平行于填料坡面的薄层作为微分单元体,通过作用在微分单元体的力和力矩平衡条件,建立挡土墙非极限状态主动土压力微分方程,得到非极限状态土侧压力系数、土压力强度、土压力合力和作用点的理论公式。根据非极限状态摩擦角与墙体位移关系,分析填土内摩擦角、墙土摩擦角和挡土墙位移比对土侧压力系数、土压力分布、土压力系数和作用点的影响。分析表明采用极限平衡理论计算平动模式下刚性挡土墙非极限状态时的抗倾覆稳定性偏于危险。另外,公式计算结果与实测模型试验进行对比分析,主动土压力分布曲线吻合良好。     

挡土墙后黏性土的地震主动土压力分析

在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的分析方法,得到考虑时间和相位变化的刚性挡土墙后黏性土地震主动土压力系数、地震主动土压力合力和主动土压力分布强度的理论公式。在此基础上,利用优化算法得到地震卓越周期中的最不利工况,分析水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角、挡土墙倾角和地震放大系数对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、临界深度、合力作用点和土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度的存在大大增加黏性土的主动土压力;挡土墙倾角和地震放大效应对临界深度、合力作用点和土压力分布都有着明显影响。     

挡土墙与土界面摩擦角为负的地震被动土压力解析解

目前大多数被动土压力问题研究的是挡土墙背与土界面摩擦角为正的情况（墙身相对土体向下移动）,而挡土墙与土界面摩擦角为负(墙身相对土体向上移动)的被动土压力问题则研究的较少。在平面滑裂面假设的基础上,利用散粒体Kötter方程得到破裂面土抗力的分布,结合拟静力法通过极限平衡分析得到了挡土墙与土界面摩擦角为负时的地震被动土压力系数、被动土压力合力和被动土压力合力作用点高度的理论公式。在地震荷载作用下,竖向地震加速度系数总是减小被动土压力,水平向地震加速度系数或减小或增加被动土压力系数取决于挡土墙倾角、挡土墙背与填土界面摩擦角、填土摩擦角。随地震加速度系数的增加,地震被动土压力系数变化越明显。利用破坏土楔弯矩平衡条件得到了地震被动土压力的作用点高度,且土压力作用点高度随水平向地震加速度系数的增加而减小。地震被动土压力系数和土压力作用点高度与相关文献结果吻合较好,可为锚、输电线路等基础受上拔荷载时设计所采用。     

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。     

重力码头地震旋转与滑动耦合运动下的残余位移简易算法

预测重力码头的地震残余位移是码头工程地震设计的关键,而码头墙后回填砂土因地震引起的超静孔隙水压力发展水平对码头墙体运动具有一定的影响。引用液化度概念考虑超静孔隙水压力影响来修正Mononobe-Okabe拟静力法计算的动主动土压力和回填土地震孔隙水产生的动水压力;同时考虑水平和竖向地震载荷,采用Steedman的旋转块体法,根据力与力矩极限平衡确定码头的滑动与旋转门槛加速度系数,分别对码头滑动先开始与倾斜先开始两工况下的耦合运动模式进行详细分析,修正码头因耦合运动影响的滑动与旋转门槛加速度系数,计算码头耦合运动下的地震残余位移计算。选用正弦脉冲的地震运动特征,应用该计算方法对码头耦合运动的残余位移的闭合解进行了推算,分析了码头残余位移随着液化度变化的规律。     

地震作用下桩间挡土构件主动土压力极限分析方法

地震作用下抗滑桩或支护桩之间挡土构件的土压力计算是工程技术人员面对的难题之一。根据一系列试验现象归纳出的桩间土体滑塌面特点,建立了桩间挡土构件后侧土体局部失稳的三维滑动楔形体模型。通过计算三维失稳机构的内部能量耗损率和外荷载功率,根据极限分析上限定理建立了能够考虑地震作用的桩间挡土构件主动土压力解析计算方法。将桩间挡土构件土压力计算结果与等尺寸刚性挡墙土压力对比发现,基于三维楔形体模型得到的挡土构件主动土压力小于采用平面应变模型的挡墙主动土压力。通过分析多个水平和竖直地震加速度组合对应的桩间挡土构件主动土压力发现,水平地震加速度与竖直地震加速度对桩间挡土构件主动土压力均有明显影响,同时考虑双向地震作用得到的挡土构件主动土压力大于单独考虑水平或竖直地震作用时的挡土构件主动土压力。     

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。     

1 g Shaking table model tests on seismic active earth pressure acting on retaining wall with cohesive backfill soil

The effects of backfill cohesion on the seismic behavior of a retaining wall are discussed on the basis of a series of 1 g shaking table model tests. The model test results show that a retaining wall having cohesive backfill soil is more stable than a wall without it. The following aspects are observed in the cases of cohesive backfill soil from a detailed analysis using the measured seismic active earth pressure acting on the retaining wall: 1) the existence of a stable region at the top part of the backfill soil, 2) the increase in shear force acting on the boundary between the back face of the wall and the backfill soil, and 3) the mobilization of cohesion along the failure plane in the backfill soil.The existence of a stable region results in reductions in both the driving force and the overturning moment, while it tends to disappear under a high seismic load. The increase in shear force acting on the back face of the wall contributes to an increase in the resistant moment against the overturning of the wall with respect to the base of the footing, and it mobilizes even under a high seismic load. Mobilized cohesion along the failure plane contributes to the support of the soil wedge, resulting in a decrease in the seismic active earth pressure. It also continuously mobilizes even under a high seismic load.These observations indicate that giving consideration to the backfill cohesion when calculating the seismic active earth pressure leads to the rationalization of the evaluation of the seismic performance of the retaining wall even though further study is required, namely, carrying out the validation in the prototype scale and setting the applicable conditions for the seismic design.     

各向异性砂土主动土压力的离心模型试验研究

 利用新研制的土压力离心模型试验设备,通过土压力盒测量作用在挡土墙上的土压力分布,利用非接触图像测量系统(GIPS)测量土体位移,对各向异性的南京云母砂分别进行沉积面铅直和水平两个方向的土压力离心模型试验。通过对比试验得到的土压力分布与理论公式计算得到的各向同性砂土土压力分布,以及两种沉积方向的砂土的滑裂面位置,对各向异性砂土的土压力及土体变形破坏问题进行初步研究。结果表明：随着挡土墙向远离墙后填土方向运动的位移不断增大,作用在挡土墙上的土压力逐渐减小,墙后填土中各点的位移不断增大,在墙后土体中逐渐形成滑裂面。当挡土墙的位移量达到10－3H(H为试样模型高度)时,墙后填土达到主动极限平衡状态。受到片状云母颗粒排列方向的影响,沉积面铅直的土体滑裂面比沉积面水平的滑裂面略显平缓。     

挡土墙墙趾地震作用的波动分析

目前国内外规范中对挡土墙墙趾处地震作用的规定很不一致,给工程设计及工程评价带来诸多困难,如何合理考虑其作用已成为岩土工程中的重要课题之一。针对强震地区的重要挡土工程,以墙前2 m覆盖土层的挡土墙为例进行了设计和讨论;基于近场波动数值模拟技术,输入El Centro波、Taft波、河北迁安滦河桥波和天津医院宁河波这四种不同场地条件的地震动进行动力分析,对比墙趾及墙背处的土动剪力时程发现,墙趾土动剪力对挡土墙的动态稳定性起着重要作用;墙趾覆盖土层所产生的动土压力,较有益于挡土墙的抗倾覆、抗滑稳定性。用简化估计的方法,对动土压力及剪力的合力作用点进行分析,发现相同位置的动土压力和剪力的合力作用点比较接近,其值分别是,墙趾处约距墙底0.62H2(H2为墙前覆土厚度),而墙背处约为H1/3,这与以往研究并不相同。最后对地震作用效应折减系数进行讨论,并建议了墙趾地震作用的合理设计取值。这些结果为改进挡土墙的抗震设计、指导工程实践提供了有益的基础。