地震引起重力式挡土墙和锚固边坡的位移分析

本文探讨了在地震多发环境下锚固对于用来稳固干燥均匀填土边坡的重力式挡土墙的有效性。按极限平衡法计算的设计屈服加速度对研究的两种稳定措施都有效。地震引起的位移采用运动方程的滑块公式计算。现有的公式考虑了沿重力式挡土墙基底的滑动破坏和墙后主动楔形土体的转动破坏以及锚固边坡滑体的转动破坏。对于研究的填土边坡和输入的水平地面运动的特点,锚杆加固边坡在坡顶由地震引起的垂直和水平地震位移分别比在重力式挡土墙后主动楔形体顶部估算的垂直和水平变形小12%和32%。     

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。     

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。     

地震作用下挡土墙位移模式的振动台试验研究

 设计并完成2个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,通过水平向(X向)、竖直向(Z向)和水平竖直双向(XZ双向)3种激振方式,研究汶川波地震作用下重力式挡墙、桩板式挡墙、锚杆格构式框架和预应力锚索格构式框架护坡位移模式及变化特性,并且分析各支挡结构的抗震性能。研究表明：(1) X向或XZ双向激振下,重力式挡墙和桩板式挡墙在激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时的永久位移,以及Z向激振下桩板式挡墙和预应力锚索框架护坡的永久位移可忽略不计;(2) X向激振下,当激振加速度峰值AXmax＞0.4 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合,且以滑动为主,而桩板式挡墙位移模式为向土体方向滑动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合。XZ双向激振下,AXmax＞0.4 g和AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动与绕墙趾向土体外侧转动的耦合,且以转动为主,而桩板式挡墙位移模式则为离开土体向外侧滑动与绕基础向土体外侧转动的耦合,且以滑动为主;(3) X向和XZ双向激振下,预应力锚索框架和锚杆框架的位移模式相同,都是沿坡体向土体外侧及边坡下端移动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,锚杆格构式框架护坡位移模式为向土体外侧和边坡上端移动逐渐转变为向土体方向和边坡上端移动;(4) X向或Z向激振下,桩板式挡墙抗震性能优于重力式挡墙,而XZ双向激振下,重力式挡墙抗震性能优于桩板式挡墙。无论哪种激振方式,预应力锚索格构式框架护坡抗震性能优于锚杆格构式框架护坡。     

高填土路堤的抗震稳定性分析

利用GEO-Slope有限元程序对两组不同填土材料在填土高度分别为20m、30m、40m和50m四种高度下的路堤模型进行地震动力稳定性分析。计算出路堤在静力作用和地震作用下的稳定系数及路堤在不同地震烈度下的动力稳定系数降低值。结果表明：路堤有关填土参数的变化对路堤动力稳定性的影响各不相同;填土高度的影响较大,而填土材料和边坡坡度影响相对较小。     

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。     

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。     

台后填土与主梁的相互作用对梁桥纵向地震反应的影响北大核心

为了研究台后填土对梁式桥纵向地震反应的影响,假设桥台背墙在地震作用下被破坏,以常见的刚构桥为背景,考虑台后填土对主梁的非线性约束建立了有限元模型。采用非线性时程方法分析了桥台与主梁之间的间隙比、填土性质对桥梁纵向地震响应的影响。结果表明,仅考虑桥墩作用会高估桥梁的地震反应,桥梁的地震反应受间隙比的影响大。     

直线破坏模式下加筋边坡的地震稳定分析

以拟静力法的理论框架分析了土工合成材料加筋边坡直线破坏模式下的地震稳定性,整个计算过程采用极限分析的动力学理论,推导出的表达式能够容易地计算出地震荷载作用下为阻止边坡破坏所必需的加筋力和屈服加速度系数的闭合解。     

对数螺旋线破坏下加筋边坡地震稳定分析

以拟静力法的理论框架分析了土工合成材料加筋边坡对数螺旋线破坏模式下的地震稳定性,整个计算过程采用极限分析的动力学理论,推导出的表达式能够容易地计算出地震荷载作用下为阻止边坡破坏所必需的加筋力和屈服加速度系数。     

Sliding stability and lateral displacement analysis of reinforced soil retaining walls

Field observations have demonstrated that reinforced soil retaining walls generally have superior seismic performance when compared to traditional gravity retaining walls. However, current design guidelines for reinforced soil retaining walls are typically based on pseudo-static methods of analysis, which involve simplifying assumptions. For instance, the reinforced zone is usually assumed as a rigid body in external stability calculations. As a result, the influences of reinforcement arrangement and properties on the sliding stability and displacement of the wall cannot be accounted for in their design. Additionally, the soil shear strength is assumed to be constant in conventional displacement calculations using the Newmark sliding block method. In this paper, an analysis method is proposed to determine the yield acceleration and lateral displacement of reinforced soil walls that includes soil shear strength mobilization and a two-part wedge planar failure mechanism. The proposed method is validated against the results of laboratory model tests, and influences of factors such as ground acceleration coefficients, and reinforcement and backfill properties on the stability of the wall are examined.     

重力式挡墙基于位移的抗震设计方法研究——大型振动台模型试验研究

基于位移的设计方法是岩土工程抗震领域的前沿课题。以大型振动台模型试验为手段,研究重力式挡土墙的位移计算模型,能够为挡土墙基于位移的抗震设计提供支撑。首先系统介绍了实验方案,包括实验装置、模型设计、测试方案、地震波输入及加载制度。然后,研究了不同地震烈度下重力式挡墙墙体位移及位移模式的变化规律,阐述了土压力分布及其与位移的变化关系,并以 Newmark 滑块及 Zeng 和 Steedman 转动块理论为基础,构建了计算地震下重力式挡墙滑移位移及转动位移模型。经比较振动台模型试验与既有滑移位移经验公式结果,提出 Whitman 和 Liao 的均值拟合法适合用于计算重力式挡土墙的滑移位移量。最后,对重力式挡墙基于位移的抗震设计流程进行了归纳。     

考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布

利用汶川地震丰富的近场实震资料,分析总结了地震作用下挡墙的变形破坏模式,指出挡墙的变形模式与地基基础关系最为密切。位于岩质地基上的挡墙主要发生倾斜变形,位于土质地基上的挡墙则主要发生推移变形。在此基础上,基于温克勒地基模型,将土体看做是一系列弹簧和理想刚塑性体的组合体,分析得到了不同变形模式下挡墙地震土压力及其合力作用点的计算方法。结果表明：不同变形模式下挡墙的地震土压力分布特征各异,除平移模式外,其余变形模式下挡墙地震土压力随深度都呈非线性分布;位于岩质地基上的挡墙发生变形后地震土压力的合力作用点要比土质地基上的挡墙高。通过开展位于岩质地基和土质地基上挡墙的振动台模型试验,对文中提出的挡墙地震土压力计算方法进行了验证,发现试验结果和理论分析结果较相吻合。     

袋装淤泥质土挡墙现场试验研究

在平原地区航道建设过程中,航道开挖会产生大量的淤泥质土,将开挖的淤泥质土装入土工袋用于修筑引航道挡墙,能够有效解决开挖淤泥处理的问题。结合苏州杨林塘航道整治工程,利用航道开挖的淤泥质土,通过室内无侧限压缩与固结试验研究了土工袋处理淤泥质土的作用原理;对100 m长的袋装淤泥质土挡墙试验段开展了现场试验,实测了挡墙施工过程中与竣工后的水平位移、侧向土压力及表面沉降。结果表明土工袋能够加速袋内土体固结,增大袋内土体强度;竣工7个月后实测墙体最大水平位移为29.42 mm,发生在挡墙顶部,墙顶面沉降位移为19.2 cm,基本达到稳定;由于土工袋层间摩擦作用,土工袋挡墙墙后土压力从墙内向墙外会逐渐减小;与常规重力式混凝土挡墙相比,所设计的袋装淤泥质土挡墙能够有效降低工程造价。     

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...     

Reexamination of Mononobe-Okabe Theory of Gravity Retaining Walls Using Centrifuge Model Tests

Gravity retaining walls are widely used in Japan because of their simplicity of structure and ease of construction. In design procedure, the seismic coefficient method is widely employed, in which the earth pressure and inertia force are calculated by converting the seismic force into a static load. Earth pressure is usually calculated by the Mononobe-Okabe formula, which applies Coulomb's earth pressure computed from the equilibrium of forces in the static state. However, the Hyogoken-Nambu Earthquake of 1995 prompted the need to reexamine seismic design methods for various civil engineering structures. Gravity retaining wall is one of such structures whose seismic design has to be reexamined and rationalized. At this moment there is no clear empirical basis for converting the seismic force into a static load. The design method has to take into account the behavior of gravity retaining walls during earthquakes. At the Public Works Research Institute, model tests were conducted on gravity retaining walls using a centrifuge. The acceleration and displacement of a retaining wall and its backfill as well as the earth pressure acting on the wall were measured simultaneously together with the deformation behavior of the wall and its backfill, using a high-precision high-speed camera. The data show that the hypothetical conditions of the Mononobe-Okabe formula do not appropriately express the real behavior of backfill and gravity retaining walls during earthquakes.     

横向地震作用下土工合成材料加筋土挡墙筋材拉力分析

土工合成材料加筋土挡墙具备优良的抗震性能,但是,国内外现行的加筋土挡墙筋材动拉力计算方法存在地震动参数选用不尽合理的问题,一方面可能带来结构安全隐患,另一方面也造成了工程界的疑虑.基于此,在前期工作的基础上应用非线性动力有限元法分析了高加筋土挡墙在不同地震激励作用下的地震响应,重点讨论了强震作用下筋材拉力的影响因素.分...     

爆破地震作用下重力式挡土墙的稳定分析

基于转动块体方法，对爆破地震作用下重力式挡土墙作了动力稳定分析，讨论了爆破振动频率、地面振动加速度与挡土墙位移的关系，研究了加速度阈值系数对于挡土墙某些参数的敏感性，考虑爆破地震重复作用的累积变形，结合前人的实测爆破振动数据，基本确定了挡土墙开始产生位移的地面振动速度阈值。工程实例说明，振动速度控制在该阈值以下，挡土墙是安全的。