土工格栅粉煤灰挡墙加筋作用应用研究

土工格栅加筋土挡墙在土木工程中应用广泛,土工格栅的加筋作用以及筋材在挡墙设计中的计算需要进一步完善．利用FLAC3D有限元分析软件,对未设置和设置土工格栅加筋体的粉煤灰挡墙进行数值模拟分析,研究土工格栅的加筋作用对粉煤灰挡墙稳定性的影响,得到土工格栅加筋挡墙的设计参数．数值模拟结果表明：粉煤灰挡墙高度大于6ITI时,安全系数偏低,需要在粉煤灰挡墙中加筋来提高其安全系数,保证挡墙的稳定性．对墙高为8m的土工格栅粉煤灰加筋挡墙进行模拟分析,当增大加筋间距时,挡墙的侧向和竖向位移都增大,挡墙的最大竖向位移发生在挡墙的上部,最大侧向位移发生在挡墙中下部位;墙高为8m的土工格栅粉煤灰挡墙的合理加筋间距为0．8m     

钢塑复合筋带挡土墙病害及成因

针对加筋土挡墙在使用过程中会出现竖向沉降、路面纵横开裂及挡墙外倾变形等病害,甚至发生局部塌陷,从而影响交通运营的问题。通过对哈尔滨市加筋土挡墙的病害调查,总结了病害的主要形态。选取典型病害段,利用MIDAS-GTS NX有限元软件,分析了填土性质、填土脱空、筋带断裂、渗水及汽车荷载等因素对运营后挡墙水平变位及筋带轴力的影响,系统地研究了加筋土挡墙病害的成因。研究认为:挡墙的病害是土压力、车辆作用、路面渗水等诸多因素综合作用的结果。填土的c、φ值是挡墙水平变位的敏感性因素,路面开裂渗水,使得填土含水量上升,导致填土的c、φ值下降,这是导致挡墙水平外倾的重要因素;筋带断裂、填土脱空及汽车荷载超载也是导致挡墙水平变形重要因素之一,本文研究成果为加筋土挡墙的养护维修与加固提供了依据。     

风积砂加筋挡墙筋带受力有限元分析

针对加筋挡墙筋材与挡墙及墙后填土的相互作用机理,采用有限元方法对风积砂加筋挡墙进行力学分析,得到墙后填土路堤中筋材受力的特点,对加筋挡墙设计和施工有实践意义。     

基于数值分析不同填料下扶壁式挡墙土压力研究

不同填土情况下,运用Flac3D数值软件模拟了扶壁式挡墙侧向土压力分布情况,重点分析了砂土、黏土、多年冻土作为填料对侧向土压力分布的影响。结果表明:当砂土φ30°,作用于墙背上的侧向土压力将达到稳定;黏性填土φ值在15°~25°变化时,侧向土压力先变小后变大,并趋于稳定,当c20 k Pa时,墙背侧向土压力趋于稳定;多年冻土由于黏聚力大,改变φ、c,侧向土压力没有明显变化。另外,侧向土压力沿墙高缓慢增加,在底部出现回弯,与规范理论计算呈线性变化不一致,这主要是由于挡墙墙背、扶壁与填土的摩擦减压作用使计算结果小于理论值,作用于墙背上的侧向土压力比理论计算主动土压力小40%左右。     

上埋式高填土涵洞模型地基应力分布数值模拟分析

针对涵侧填土高度对高填土涵洞地基土中应力影响的问题,提出了采用数值模拟来探讨地基土中典型部位的土压力分布.分析不同涵洞结构形式、基础类型和涵洞侧面填土高度对地基土中应力的影响,研究地基土中典型部位的土压力分布.结果表明:涵洞结构形式对地基土中应力分布影响甚微;在距涵洞基础底部第一层土的中心点处,整体式基础较分离式基础相比地基应力增大约17%;随着涵侧填土的增加,地基土中应力的提高率先增加后减少,在涵侧填土为0. 3 m时,地基土中应力提高率达到最大值.     

位移对刚性挡土墙被动土压力分布的影响

基于库仑被动土压力理论和极限平衡法,提出一种改进的重力式挡土墙被动土压力分析方法。该方法能反映挡土墙变位模式和位移大小的影响,还能考虑和挡墙位移相关的墙后填土发挥的内摩擦角对土压力分布的影响。分析结果表明,随着挡土墙顶位移的增大,墙后填土达到极限平衡状态的区域逐渐增大,墙后土压力逐渐增大;只有当墙顶位移充分大时,才能达到库仑被动极限平衡状态,相应的土压力等于库仑被动土压力。     

地震作用下挡土墙主动土压力分布

在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的水平力、竖向力及地震力,建立挡土墙主动土压力基本方程,结合滑楔体力矩平衡条件,得到对应不同地震系数的侧压力系数,将其用于水平微分单元法,得到了地震荷载作用下挡土墙主动土压力理论公式.分析地震系数对土侧压力系数和土压力的影响,结果表明,土侧压力系数随水平地震系数增加而增大;当竖向地震系数小于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而减小,当竖向地震系数大于零时,土侧压力系数随竖向地震系数增大而增大;随着竖向地震系数的增大,水平土压力强度最大值逐渐减小,随着水平地震系数的增大,水平土压力强度最大值先递减后增大;随着竖向及水平地震系数的增大,水平土压力最大值位置向墙顶方向移动,靠近墙底处土压力强度相对减小,靠近墙顶处土压力强度相对增大.     

粘性成层填土的主动土压力

为了考虑填土凝聚力及其与挡土墙墙背接触面上粘着力计算粘性成层填土挡墙的土压力,假设滑裂面为平面,运用数学、力学手段,推得了粘性成层填土挡墙的主动土压力计算公式,编制了相应的计算程序,进行了算例分析.结果表明:考虑与不考虑滑裂面上的凝聚力c及墙背上的粘着力cw,计算结果差异较大,该差异随着c、cw的增大而增大;公式精度可靠,应用方便.     

非对称基坑开挖监测位移下数值对比分析

以南京市青奥轴线地下交通工程主隧道基坑非对称开挖水平位移监测数据为依据,对水平位移监测值与ABAQUS数值模拟值进行对比分析。得出结论:墙体水平位移首先是悬臂开挖的墙顶向外发生三角形分布的位移,然后随着支撑的架设,墙体发生转动,数值模拟值与实际监测值基本符合;在开挖面附近的土压力,随着墙体高度的增加而增大;在支撑以上部分,模拟值要小于计算值,而在开挖面以下部分,则模拟值大于计算值;随着悬臂段开挖深度的增加,悬臂段最大土压力值也在逐渐增加,墙底土压力值在逐渐减小。     

两级垛式悬臂挡土墙结构特性数值分析

采用FLAC~(3d)建立两级装配式悬臂挡土墙和相同墙高的扶臂式挡墙分析模型,通过对比两者的应力与变形,研究了两级悬臂式挡墙垛式装配使用的可行性与受力变形特点,并讨论了上、下级墙之间水平距离、上级墙基底埋深以及填土强度指标对挡土墙结构的影响。研究表明,将两级悬臂式挡墙垛式装配使用是可行的;增大上、下级墙的水平间距有利于减小挡墙侧向变形和基底应力;上级墙基底埋深对挡墙的变形影响较小;随着填土黏聚力和内摩擦角的增加,挡墙侧向变形减小,基底竖向应力稍有增大。     

预应力悬锚式挡土墙受力特性

为了研究不同侧向预应力水平及竖向荷载对预应力悬锚式挡土墙墙背土压力、锚定板板前土压力、墙身剪应力分布特性的影响规律,设计了室内模型试验及数值模型并对悬锚式挡土墙受力特性进行测试与计算分析。研究结果表明:侧向预应力作用下,挡土墙墙背土压力呈抛物线分布并在锚杆处呈现峰值,锚定板板前土压力沿板宽度方向呈“马鞍型”分布并以约35°角向两侧扩展,锚定板板前土压力沿锚索轴向的压缩影响范围约2倍板宽;竖向荷载作用下,挡土墙侧向土压力呈“S”形分布,靠近挡墙底板位置处墙体剪应力急剧增大,应加强该类挡土墙根部配筋设计。结论可为预应力悬锚式挡土墙在公路建设中的推广和应用提供借鉴。     

考虑土拱效应挡土墙绕墙底转动的主动土压力

采用库仑土压力理论的假设,通过研究刚性挡墙绕墙底转动极限状态土体内主应力拱形状,计算了土层平均竖向应力和剪应力,得到了对应于不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数和水平摩擦系数的理论公式。将其用于水平微分单元法求解挡墙绕墙底转动时的主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,分析了填土内摩擦角和墙土摩擦角对土侧压力系数、水平摩擦系数、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了比较。     

地震荷载作用下双层填土的主动土压力计算

针对挡土墙后为成层黏性填土的情况,提出一种地震土压力计算方法.在Mononobe-Okabe理论的基本假定下,考虑了填土黏聚力及墙土接触面上的黏着力,推导出双层填土的地震主动土压力计算表达式.在单层无黏性填土条件下,该公式可以退化为Mononobe-Okabe公式.参数分析结果表明:地震主动土压力随水平地震加速度的增大而增大,随竖向地震加速度的增大而减小;水平向和竖向地震荷载对土压力值的影响显著.算例分析结果表明原有的分层法计算得到的地震土压力值是偏大的.     

复合地基上加筋土挡墙力学响应及影响因素分析

为了明确复合地基上加筋土挡墙力学行为,利用非线性分析软件ADINA建立有限元模型,建立了复合地基上的加筋土挡墙力学响应分析模型,将路面荷载与行车荷载共同等效为均布荷载。分析结果表明:复合地基上加筋土挡墙在施工期间的沉降量存在一个临界值,当填筑至某一层位后总沉降量显著下降;每一层加筋土层都会发生不均匀沉降,最上面一层最明显;水平变形最大值发生在面板中下部,随着时间的推移,墙体的变形越来越稳定,稳定后其水平变形形成鼓肚形状。对影响复合地基上加筋土挡墙竖向变形的参数如加筋间距、填土性质、地基刚度等进行了分析。结果表明,在格栅选择、面板设计、地基刚度控制、垫层模量及厚度设计等方面的合理设计可以有效减少挡墙竖向变形;同时还能减少路面的不均匀沉降。该研究对复合地基上加筋土挡墙设计与施工具有重要指导意义。     

格栅加筋土挡墙流固耦合动力响应的有限元解法

格栅加筋土挡墙由面板、格栅和填土组成,其流固耦合结构特性越来越引起工程界的关注。文中根据格栅加筋土挡墙筋土相互作用特点,将土工格栅与其上下表面一定厚度的土层视为具有应变相容条件的筋土复合材料。基于自洽理论导出筋土复合材料的本构模型,引入饱和多孔介质模型来模拟填土和筋土复合材料,依此建立饱水格栅加筋土挡墙结构特性数值分析的数学模型。采用Galerkin加权残值法推导出有限元分析方程,利用Newmark逐步积分法求解该方程,可得饱水格栅加筋土挡墙的动力响应。     

悬臂式挡土墙地震主动土压力拟动力分析

地震作用下悬臂式挡土墙主动土压力的计算十分重要。为了分析悬臂式挡土墙在地震荷载作用下主动土压力分布情况,基于滑楔体平衡理论,考虑水平、竖向地震力随时间变化对地震主动土压力的影响,运用拟动力学方法,推导出地震主动土压力、第二临界破裂角的计算公式,并研究挡土墙后填土的内摩擦角和粘聚力、挡土墙与后填土之间的摩擦角和粘聚力、墙体倾角等参数对地震主动土压力系数和临界破裂角的影响。研究结果表明:第二临界破裂角随竖向地震力系数、挡土墙后方填土内摩擦角的增大而增大,随水平地震力系数、挡土墙与后方填土摩擦角的增大而减小;地震主动土压力随水平、竖向地震力系数的增大而增大,随挡土墙后方填土内摩擦角的增大而减小。     

挡土墙土压力非线性分布的计算方法研究

基于数学方法对斜单元体进行力和力矩的平衡分析,得到了墙背粗糙且填土坡面倾斜情况下的土压力解析解,并进一步分析了填土坡面倾角对土压力的影响。对比分析表明:经典朗肯土压力理论可看作是解析解在墙背光滑、填土坡面水平情况下的特例;在填土内摩擦角一定时,挡土墙墙后滑动楔体的极限破裂角随着填土坡面倾角或墙土之间摩擦角的增大而减小。基于解析解得到的土压力分布呈现明显的非线性特征,且在填土面水平情况下挡土墙墙脚处的土压力为0,这与实测数据取得了很好的一致。分析还表明,随着填土坡面倾角的增大,墙脚处的土压力不再接近0反而越来越大。文中的求解方法还可进一步拓展至探求填土为粘性土情况下挡土墙上土压力的解析解。     

动力作用下加筋土挡墙的数值模拟

通过引入筋-土、面板-土、面板-面板接触单元,建立由土体单元、接触单元、面板单元和加筋材单元组合的加筋土挡墙有限元模型,用ANSYS对足尺加筋土挡墙进行了有限元数值模拟,主要研究地震荷载的频率成分和最大水平加速度对加筋土挡墙地震下性能的影响,得出了一些关于加筋土挡墙动力响应的定性结论。     

沟埋式矩形涵洞土压力及填土等沉面分析

填方工程中,填土在涵洞附近形成土拱,导致现有关于涵洞土压力理论计算值与实测值相差较大。为了探讨涵洞对填方工程变形的相互影响,对沟埋式涵洞顶部土压力及填土变形进行了对比分析,计算结果表明：沟埋式涵洞内土柱的竖向沉降小于外土柱的竖向沉降;沟埋式涵洞顶部土压力系数均大于1,且随沟槽宽度的增大而增大,当沟槽宽度为涵洞宽度10倍时,土压力系数已接近最大值;土压力系数随沟槽深度的增大而呈线性减小规律,当沟槽深度大于涵洞高度的2倍以上时,涵顶土压力可按上覆土重计算;涵洞侧壁受到的剪应力随着沟槽宽度的增加而增加,随着沟槽深度的增加而呈线性减小规律。     

基于极限状态筋材内力分布的加筋土挡墙稳定性分析与设计优化

土工合成材料加筋土挡墙由于其诸多优势被广泛应用于实际工程中。现有规范中设计方法多采用传统的主动土压力理论,经大量实测分析发现这种设计方法过于保守地估计筋材内力。文中基于库仑直线破坏模式开展加筋土挡墙稳定性极限平衡分析,逐层计算获得极限状态下筋材内力分布与墙面水平位移量。运用该方法对某电厂扩建项目的加筋土挡墙设计方案进行稳定性分析,基于筋材内力分布进行设计优化,在保证内部和外部稳定性前提下实现了筋材长度减少10%,同时使得墙面侧向变形也减小约5%。基于极限状态筋材内力分布的加筋土挡墙稳定性设计方法还可以推广应用于其他复杂情况,指导安全设计与控制。