地震作用下的地下结构侧面动土压力分析研究

利用弹性有限元模型有效地分析了在地震作用下的地下结构侧面动土压力的影响因素。本文重点研究了墙体和土体的相对弯曲刚度,对于动土压力等效作用力的大小,以及位置的影响。结果表明墙体对上述的影响大于土体的影响。这一结果为修正地下结构的相对弯矩刚度公式和今后简化动土压力的公式提供了参考。之后研究四种特殊情况发现,刚性结构和硬土的动土压力最大;刚性结构和软土的动土压力最小。     

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。     

基于卸荷及变形的主动土压力计算

根据基坑开挖工程的特点，通过采用反映土的应力历史及应力路径的卸荷摸量，并引入反映地铁深基坑实测变形规律的经验公式，在此基础上进行考虑变形与卸荷等多种因素的上压力计算，并与工程实测值进行了对比分析。     

地下结构动土压力简化计算方法研究

基于波动力学理论,考虑土–结构动力相互作用、土介质特性及地震波的传播特性,提出了地震作用下地下结构的动土压力简化抗震设计方法。首先,将土–地下结构体系简化为单自由度的质量–弹簧–阻尼体系。其次,通过建立该体系的波动方程,并进行求解,将自由场响应换算为作用在结构上一点的动土压力,并结合结构周围土体的自由场响应分布特征,可得整个结构上的动土压力分布。最后,以振动台试验结果为基础进行了简化方法的验证,得出本文提出方法能够与试验结果吻合很好。该方法具有概念明确、计算简便、计算效率和精度高等特点,能够求解各类地下结构的地震反应,为地下结构的抗震设计提供了一种简单、实用的工具。     

基于卸荷及变形的主动土压力计算

根据基坑开挖工程的特点 ,通过采用反映土的应力历史及应力路径的卸荷模量 ,并引入反映地铁深基坑实测变形规律的经验公式 ,在此基础上进行考虑变形与卸荷等多种因素的土压力计算 ,并与工程实测值进行了对比分析     

刚性挡土墙被动土压力数值分析

采用有限单元法对作用于刚性挡土端上的被动土压力进行数值分析，土体采用弹塑性的Mohr-Coulomb本构模型，在土与结构接触面问引入无厚度的Goodman接触单元，接触面上剪应力和剪切位移采用弹塑性的本构模型，研究了不同的挡土墙的变位模式、不同墙面摩擦特性以及土体变形特性等因素对土压力大小和分布的影响。     

三向应力作用下的Rankine被动土压力公式

基于Mohr-Coulomb理论推导的Rankine被动土压力计算公式,只考虑大小主应力的影响,没有考虑中间主应力的影响,而三向应力作用的双剪强度理论克服了Mohr-Coulomb屈服准则的不足,使被动土压力公式在三向应力作用下推导出来,更加符合实际,实例演算表明三向应力状态下的被动土压力值大于经典Rankine被动土压力值,计算结果用于设计更偏于安全。     

液化场地自由场体系的数值分析及振动台试验验证

 应用有限差分法程序FLAC3D对液化场地自由场体系的地震响应进行三维完全非线性分析。与通常采用的等效线性法相比,完全非线性分析方法由于采用了弹塑性模型,可以自动计算永久变形;采用合理的塑性方程,使得塑性应变增量与应力相联系;结合孔隙水压力模型可以模拟地震作用引起的饱和砂土液化问题。计算模型考虑了土体非线性、孔隙水压力的变化以及模型边界条件的处理等。通过与液化场地自由场体系振动台试验结果的对比分析,方法的有效性得到验证。结果表明,砂土对地震动可起滤波和隔震作用;当加速度峰值到达时砂土层中的孔隙水压力比存在负值;震后土中孔隙水压力不一定随振动的停止而立即开始消散,短期内也可能继续增长。     

基于MSF孔压应变模型的核电导流堤地基液化变形分析

针对地震作用下砂层液化引起的海工结构破坏问题,基于有效应力液化判别方法及以Martin-Seed-Finn孔压应变模型为基础的PL-Finn液化后大变形本构模型,对某核电站导流堤结构进行二维和三维数值模拟,并对比分析结果。从平均有效应力、液化区域、超孔压比、残余变形等方面研究导流堤结构地基砂土液化特征和变形机理。数值分析结果表明,两种方法下分析结果表现出一致性的液化规律及变形特征。砂土液化后发生流动使结构出现规律性残余变形,且随地震强度增加而变大。结构左右两侧近似呈对称式侧向滑动,随深度增加沉降范围逐渐减小。SL1作用下结构最大侧向滑移量为1. 11m,最大沉降量1. 26m,最大隆起高度0. 61m。SL2作用下结构最大侧向滑移量为1. 88m,最大沉降量1. 89m,最大隆起高度0. 98m。本文的研究成果可为工程抗震设计提供参考。     

液化场浅埋地下结构动力特性数值分析

应用FLAC3D作自由场典型液化数值模拟试验、刚性结构对液化场影响试验、液化场浅埋地下结构动力特性试验、弹性场浅埋地下结构动力特征比对试验。试验结果再一次揭示了砂土液化典型特性:体积压缩积累增大, 有效应力降低, 超静孔隙水压升高。试验证实了液化的隔振作用:砂土在液化状态不能传递剪力,其加速度、速度、位移振幅显著衰减。试验得出: 刚性结构有抑制周围土液化的作用。计算结果表明,液化场中浅埋地下结构的加速度反应比弹性场要小,但液化场中结构的应力应变却比弹性场大。在场地基底水平振动荷载作用下,弹性场浅埋地下结构的受力变形特点以剪切型变形为主,液化场浅埋地下结构受力变形特点以对称弯曲型变形为主。     

水土压力分算与合算的统一算法

 以土中孔隙水特征为基础,假定土体中的黏性土颗粒吸附的结合水会抵消一部分土中孔隙,最终把土的孔隙比、界限含水量、颗粒分析等物理参数引入土水压力计算,提出一个可以采用土层物理指标计算的水压力比率 ,给出通过土体渗透系数试验测定 值的方法,通过该参数可以把有效应力强度指标与总应力强度指标统一在一个强度公式中。同时,给出一个可以统一水土分算和合算的算法,实现水土压力分算和合算结果之间的过渡,为解决水土压力分算和合算结果的跳跃提供一个新思路。根据理论分析,渗透系数–孔隙比实测曲线应该沿e轴正向平移,土体中黏粒成分含量越高,平移量越大,相关文献的试验数据可证实这点;含有黏粒成分的砂性土采用水土分算偏于保守,而孔隙比较大的黏性土采用水土合算偏于不安全;围护结构上的水土压力计算不但与土体分类有关,还与孔隙比直接相关。     

台阶格栅加筋土墙土压力的模型试验研究

 为研究多级台阶式格栅加筋墙的工作机制和力学特性，在室内修建一个长8.0 m，宽3.0 m，高4.5 m的模型槽。在模型槽中对3.0 m×1.5 m的3级台阶格栅加筋土挡墙和2种格栅网格尺寸进行系列模型试验。测试格栅加筋土挡墙面板后的土压力、加筋体后土压力、加筋土各分层土压力及地基应力等。试验发现加筋体内各点的土压力与传统的土压力理论计算值不一致，土压力分布与基础条件及加筋体高度密切相关；加筋体基础的位移对加筋体的力学特性影响较大，它会引起加筋土体内应力的重分配，即当位移较大时挡墙地基应力呈现V型分布，较小时按斜线分布；面板后侧竖向和侧向土压力沿墙高均呈现顶部和底部小中间大的外凸型分布，加筋体后土压力亦有同样的趋势，只是外凸程度较小；加筋体内力学特性变化与格栅网格尺寸也有一定关联。     

高路堤加筋土档土墙的变形和受力研究

一座总墙高为31m的多级台阶式高路堤加筋土档土墙首次应用于我国铁路正线上，为了研究各级墙的倾向位移。基底应力及墙背土压力的分布规律，对该挡土墙的变形和受力进行了现场原型观测，观测结果表明，各级墙的侧向位移均较小，且下部测点的侧向位移较墙顶测点要大，各级墙基底应力均小于100kPa，墙背土压力呈曲线形分布，4m宽台阶的存在使墙后填土顶面的外荷载对该的侧向土压力影响不大。该结论可供今后加筋土挡土墙的研究和设计参考。     

强震动条件下的桩土相互作用动态土工离心试验研究

基于动态土工离心模型试验来研究强震动条件下液化土同桩基础的相互作用问题。设计了4个典型土工离心模型试验来研究桩土的加速度、位移等地震响应特性，再现了位于液化土地基上的实际桩基础在大地震下的破坏程度、状态和机制，并进一步对比分析试验结果，取得了较好的成果，为桩基础的抗震设计提供了可靠依据，具有重要意义。     

加筋土挡土墙水平位移研究

视加筋土挡土墙为一粘结重力式挡土墙来考虑,受到墙后土压力作用时会产生水平位移,其大小是加筋土挡土墙墙面水平位移的重要组成部分。本文将加筋土挡土墙墙体等效成各向异性的弹性体,视为L宽度的悬臂梁,当受到墙背水平土压力三角形荷载作用时,分别计算纯弯曲和纯剪切两种情况下的水平位移。通过理论计算与工程实例测试结果比较,验证了该方法的正确性。     

深基坑桩锚支护侧土压力反分析及数值模拟

 为了得出实际作用于支护结构上的土压力大小和分布模式,基于现场监测数据,对土压力进行反分析研究。在对土压力反分析方法进行推导的基础上,结合某典型工程实测数据,得出反分析土压力;通过实测值与理论值之间的比较,对提出的反分析方法进行验证,并对反分析结果进行分析。运用FLAC软件对工程的支护和开挖过程进行数值模拟,并将护坡桩弯矩的数值模拟结果与实测值、基于反分析土压力的计算值进行对比和分析。     

水土压力统一计算理论的证明及水土共同作用下的压力计算

 为解决水土压力合算和分算的争议,从理论上证明水土合算在某些情况下的合理性,有必要建立能够把水土分算与合算统一在一个理论框架下的统一算法。采用理想模型试验建立一个水土压力统一计算理论,同时,证明了统一计算理论的科学性。以理想模型试验为基础,提出一个新的可以应用于水土压力分算与合算统一算法的强度理论。算例分析表明,新的统一算法计算结果与相关算法略有差异。该算法既可以在砂土时水土分算,也可以在黏土时水土合算;并且,可以实现黏质粉土和粉质黏土等半透水土层的水土压力计算,为地下构筑物所承受的荷载计算提供理论基础。     

半挖半填工况加筋土挡墙失稳机制试验研究与上限法分析

 设计并制作半挖半填工况的绿色加筋格宾模型挡墙,通过在挡墙顶部施加分级均布荷载,测试挡墙在各级荷载作用下的变形、土压力和筋材拉应变,并进行数值模拟,探讨挡墙承载力的发展规律和失稳模式;基于塑性极限分析的上限法,建立半挖半填工况加筋土挡墙的极限承载力,安全系数和极限高度的计算方法。研究表明：在墙顶分级均布荷载作用下,半挖半填工况加筋土挡墙承载力的发展过程可分为初始压密、正常发展、屈服和破坏失稳4个阶段;挡墙墙顶竖向沉降呈三角形分布,挡墙沿填挖交界面发生滑移失稳;挡墙面墙变形、土压力和筋材拉应变分布规律受挡墙的失稳模式影响;所推导的半挖半填工况加筋土挡墙稳定性分析方法考虑台阶面筋材的作用,具有较高的精度。     

加筋土挡墙在重复荷载作用下的模型试验与动态响应分析

通过对加筋土挡墙在列车车辆重复荷载作用下的模型试验，得出了加筋土挡墙的动态响应特性，水平；坚向加速度及位移均值随挡墙高度的变化规律。推导了加筋土挡墙在重复荷载和稳态阻尼作用下的竖向位移、速度、加速度振动方程。     

地面爆炸条件下浅埋地下结构物响应的离心模型试验研究

 采用清华大学50g-t土工离心机进行浅埋圆形结构物在地表爆炸条件下的试验研究,研究不同炸药量、不同结构物埋深、不同覆盖层材料、不同土层含水量等情况下地下结构物的动力响应。由试验得到如下结论：弹坑抛出物明显受到科氏加速度影响;结构底部应变峰值约为顶部峰值的1/3;土层含水量越大,结构物的应变响应越大;覆盖层材料为砂土时,更有利于结构抗爆。所得结论可为现有结构物抗爆加固和以后地下结构物抗爆设计提供参考。