悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%～14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。     

基于隧道设计规范静土压力计算假设基础上的地震土压力拟静力计算法

结合现行公路和铁路隧道设计规范隧道围岩静土压力计算方法,假定地震作用下隧道围岩土体中形成的破裂面,由静力平衡推导出隧道地震土压力计算公式,并把常用的地震动土侧压力系数汇成可查的表格。该法属于滑楔—烈度法范畴,与目前常用的针对挡土墙结构提出的其他拟静力计算方法进行比较,它计算的地震动土侧压力系数与静土侧压力系数的增量计算值与其他方法的平均值接近,同时形式上与静土压力计算式接近,当水平地震系数为0时,公式与静土压力公式吻合,适合工程师应用。     

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。     

考虑不同土压力模式的水泥土重力式围护墙抗倾覆稳定性分析

墙前开挖区土压力和墙后土压力模式的确定是水泥土重力式挡土墙抗倾覆稳定性验算的关键,不同土压力模式下抗倾覆系数曲线形态有一定的差异。根据墙体竖向力的平衡确定抗倾覆验算点位置,根据墙体的变形特征,同时考虑由于基坑开挖引起的上覆有效土压力变化引入修正系数α修正墙前后土压力,推导了修正土压力模式下墙体的抗倾覆稳定计算公式,对比分析三种不同土压力模式下Kq曲线的形态特征及其影响因素,结果表明墙前后土压力修正模式更能反映实际状态下墙的倾覆失稳形态,其抗倾覆稳定系数也更加合理。     

挡土墙地震主动土压力的库仑解

传统的Mononobe-Okabe法在实际工程中有着广泛应用,但它仅适用于无黏性土的极限土压力计算,且不能给出土压力分布。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定墙后塑性区的一簇滑移线为直线即平面滑裂面,考虑墙背倾角、地面倾角、土黏聚力和内摩擦角、墙土之间黏结力和外摩擦角、地面均布超载、塑性临界深度以及水平和竖向地震系数等因素的影响,建立较为完善的塑性滑楔分析模型,进而采用极限平衡法求解挡土墙地震主动土压力、滑裂面土反力及其分布,并且通过量纲一化的分析首次提出几何力学相似原理。研究结果表明,总地震主动土压力随水平地震系数代数值的增大而增大;但随竖向地震系数代数值的增大并非总是减小,当水平地震系数较大时,可能出现先减后增的情况。     

中美边坡拟静力稳定分析方法的对比研究

地震滑坡是一种地震引起的常见的次生地质灾害,往往给人类生命财产安全和社会可持续发展带来巨大的损害。拟静力方法由于其简单、实用且积累了丰富的工程经验,仍然是目前评价边坡抗震稳定性的最常用方法。通过对GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》和美国CGS-SP117A《加州地震灾害评估与减灾指导方法》关于边坡拟静力稳定分析方法进行了对比研究。结果表明:中、美标准最大的差异在于地震折减系数的确定。根据GB 50330—2013,地震折减系数等于0. 25,为一个常数。而在确定地震折减系数时考虑了例如震级、震源距等影响因素,较为全面。通过一个算例分析表明:由GB 50330—2013确定的地震折减系数在大多情况下均比美国CGS-SP117A的要小。因此,由GB 50330—2013计算得到的稳定安全系数比CGS-SP117A的较大,造成我国GB 50330—2013的边坡抗震稳定性评价在某些条件下是偏于危险的。建议修订GB 50330—2013时,在深入研究边坡地震动力响应与抗震稳定性的基础上,对地震折减系数与稳定安全标准进行合理改进。     

基坑工程桩墙结构主动土压力研究

基于极限平衡理论,利用单元分层法对基坑工程桩墙围护结构（水泥搅拌桩、地下连续墙等）主动土压力作了详细分析,推导出新的主动土压力强度、主动土压力系数的理论公式。对比朗肯、库伦主动土压力公式,结果表明新的主动土压力理论公式计算值较库仑主动土压力公式计算值略小。通过与室内砂土悬臂结构土压力实测值比较,表明采用本文方法计算的主动土压力更加接近实测值,具有较好的工程指导意义。     

RT模式下考虑主应力偏转的刚性挡墙地震主动土压力

依据拟静力学理论,考虑主应力偏转的影响,推导了绕墙顶转动模式(RT模式)下的地震主动土压力的计算公式。通过旋转挡土墙的解析模型,将地震问题转化为静力问题,并根据库仑土压力理论得到地震主动破裂角。在此基础上改进圆弧形小主应力偏转迹线,利用摩尔应力圆得到了RT模式下地震主动侧压力系数和水平微元土层间摩擦系数公式,提出基于微分薄层法的地震主动土压力解析式。分析了主要参数对地震主动破裂角、地震主动侧压力系数、水平微元土层间摩擦系数、地震主动土压力分布和侧向土压力作用位置的影响。将解析结果与其他土压力理论及试验数据进行对比,结果表明本文方法更为可靠。     

拟静力法计算隧道横截面地震响应的一点改进

隧道、输水管道、地下管廊等地下结构的应用日趋增多,此类地下结构在地震作用下的动力响应将会以形变的方式体现。隧道地震响应目前有众多计算方法,本文就土-结构相互作用的解析解进行研究,估算圆形隧道横截面的变形和力。本文基于弹性力学理论,就两种相对刚度法的原理与计算结果进行了对比与分析,建立了两种方法的转化关系解析解,便于工程应用。通过对前人的研究成果总结与分析,对拟静力法计算隧道横截面地震响应做了相应的改进,并与已有算例进行对比,使其更加接近于真实的地震响应结果,文章成果对于地下结构初步设计具有一定的借鉴意义。     

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。     

计算柔性支挡结构主动土压力的简化方法

对于柔性支护挡土墙,在计算土压力时,宜考虑土压力作用点位置对其计算数值的影响。提出一个建立在Bishop法基础上的简化法。当土压力作用点位置为下三分点时,计算成果可无一例外地收敛到经典的库仑理论值。作用点位置为墙高中点时,经算例分析,主动土压力相应下三分点时的数值增加了15%左右。     

关于加筋土挡土墙的拉筋设计计算的思考

通过加筋土挡土墙的一般设计计算方法所得的土压力与重力式挡土墙的土压力对比,指出其不合理的地方,提出了设计中应考虑的因素,以期促进加筋土挡土墙理论的研究。     

加筋土挡墙土压力及土压力系数分布规律研究

通过对加筋土挡墙大型模型试验土压力测试分析,提出加筋土挡墙的土压力系数应区分为填土自重土压力系数和超载土压力系数。自重土压力系数在墙顶为主动土压力系数,至墙底为静止土压力系数,其间按直线规律变化;超载土压力系数随超载的大小而变化,按从小到大的顺序分别取值Ka,2Ka,2.5Ka和3Ka,它们沿墙高均近似取为常数。土压力系数与土压力数值大小的变化规律相一致。     

挡土墙上被动土压力的变分求解方法

基于滑楔体整体极限平衡方程,根据变分法原理推导了被动土压力泛函极值的变分模型,并引入拉格朗日乘子,将等周变分模型转化为含有两个函数自变量的泛函极值模型。依据欧拉方程、边界条件和横截条件,得到了滑裂面函数和滑裂面上的应力函数,函数泛函极值模型转化为两个未知量的函数优化模型。算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下界限处,滑裂面呈现对数螺旋曲面,此时被动土压力最小;当作用点位置上移时,被动土压力呈非线性增长,在作用点位置系数上界限处,滑裂面为平面,被动土压力达到最大,与库仑土压力理论解完全一致,但作用点在墙体的相对位置并非在墙高的1/3处。结果表明,被动土压力大小和作用点位置受坡面的起伏和坡面超载的不均匀性影响比较明显。     

鼓形变位模式下柔性挡土墙的主动土压力分布

针对鼓形变位模式的柔性挡土墙,采用库仑土压力理论的假设,挡土墙上的主动土压力假定由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿填土深度方向取典型水平薄层单元进行分析,分段建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程,给出了鼓形变位模式下,柔性挡土墙上的土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和有关实验结果进行了比较分析。结果表明,鼓形变位模式下,土压力合力与库仑土压力理论结果相等,土压力分布和合力作用点位置则明显不同;墙顶附近的土拱作用改变了土压力的分布,本文方法与前人实验得到的土压力均大致呈R形分布。最后,利用本文解,对土体内摩擦角、墙土摩擦角、土薄层单元间等效内摩擦角、墙体最大变位点深度等参数对挡土墙土压力强度、土压力合力和合力作用点的影响进行了分析。     

#br# 考虑填土各向异性的主动土压力计算#br#

根据已有试验结果分析了土的强度各向异性,得到土的内摩擦角随大主应力方向与沉积面夹角的变化关系。然后在各向同性主动土压力解的基础上,假定内摩擦角随主应力方向的变化为抛物线,考虑两滑面（墙背和填土内滑移面）处由于主应力旋转引起的强度变化,推导考虑填土各向异性的主动土压力公式,最后分析了主动土压力对内、外摩擦角以及各向异性参数的敏感性,并与各向同性结果进行比较。研究表明：各向异性填土下的土压力分布与各向同性的分布类似,但随着各向异性参数的增大,主动土压力系数和作用点高度都近似线性减小;假设填土各向同性的土压力计算方法低估了土压力的大小和作用点高度,不利于挡土结构的安全性和稳定性。     

Seismic response of highly flexible structure under coupled horizontal and tilt ground motion

对高柔结构受地震动水平-摇摆作用的地震响应问题进行了试验和理论研究。推导了地震动水平-摇摆耦合作用下高柔结构的动力方程,将基础转角位移产生的附加P-Δ 效应以等效水平侧向力的形式添加在动力方程的激励项中。基于水平和竖向单摆式地震仪对地震动摇摆分量灵敏度不同的原理,采用小波分析,从未修正地震动水平分量中获取了摇摆分量。以一电视塔结构为原型,进行了地震动水平、摇摆和地震动水平 摇摆耦合作用下高柔结构的缩尺模型振动台试验,并与理论分析结果进行对比研究。结果表明：振动台试验结果与推导的动力方程理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的正确性;由基础转角位移产生的附加P-Δ 效应不仅会增大高柔结构的动力效应,而且会导致高柔结构产生显著的非对称位移,从而使得结构的水平位移大幅增加,在实际的抗震设计计算中应予以重视。