框架锚杆支护边坡三维弹塑性有限元分析

应用弹塑性有限元方法,研究了框架锚杆支护边坡受力机理。考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型。应用了非线性静力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述锚杆在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟锚杆;土与结构的相互作用由接触单元模拟。研究内容包括支护结构的内力、坡后土体水平位移、坡后土体的地表沉降、土压力以及土压力的空间性,得到了一些对边坡工程设计和施工有工程实际意义的结论。     

基于ADINA的深基坑土钉支护在正常及地震作用下的弹塑性三维有限元分析

应用非线性有限元软件ADINA对土钉支护的变形性能进行分析,阐述了土钉支护有限元数值模拟的特点和作用机理,考虑了土体的弹塑性特性、土钉与土体的相互作用以及分步施工过程,并结合具体工程实例进行了数值模拟.结果表明,土钉在土钉墙复合土体中具有分担作用、应力传递与扩散作用、变形的约束作用;同时模拟了土钉墙在地震荷载作用下的反应加速度、实时动位移,探讨了土钉墙产生滑移、沉降及倾斜的原因.分析结果既为工程设计施工提供了可靠数据,也验证了ADINA软件在土工分析方面的优势.     

基于能量理论的土钉支护结构地震主动土压力计算方法研究

地震作用下柔性支挡结构土压力的计算是个比较复杂的问题,其方法还不成熟且比较保守,为了能够比较准确合理地计算地震作用下土钉支护结构的主动土压力,以能量法和极限平衡法为基础,考虑土钉支护结构对地震土压力的影响,建立了滑动面为平面的地震主动土压力模型,推导了地震主动土压力的计算公式。结合工程实例,把公式与现有规范和方法的计算结果作比较,并进行参数分析,得到一些具有参考价值的结果。分析表明,公式计算的土压力值均比其它方法小,土钉的存在能够有效地减小地震作用下土体对支护结构的侧向压力,并使滑移面慢慢向墙后移动。通过算例验证,说明这种考虑土钉支护作用的计算方法更加合理,比较符合工程实际,为以后土钉支护结构的施工、优化和抗震设计提供参考。     

水平与竖向地震作用下土工格栅加筋土挡墙动力分析

应用动力弹塑性有限元方法,研究了各种设计参数对土工格栅加筋土挡墙动力响应的影响。应用了可以描述砂性土非线性静动力性能的弹塑性模型模拟填土;采用可以描述土工格栅在反复受载情况下滞回性质的边界面弹塑性模型模拟加筋层;土与结构的相互作用由一种可以描述界面滑移、脱开及闭合的有厚度薄层单元模拟。在有限元分析中同时考虑了水平与竖直两种地震激励。研究内容包括竖向地震影响、加筋长度、加筋层间隔、面板预制混凝土块重量、面板与填土界面摩擦角、预制混凝土块之间摩擦角等对加筋土挡墙变形、加筋层内力等的影响。     

土钉支护的有限元模拟计算

叙述了土钉支护有限元数值模拟的特点和作用机理，考虑了土体的弹塑性特性、土钉与土体的相互作用以及分步施工过程，并结合具体工程实例进行了数值模拟，通过有限元计算结果和监测结果分析比较，表明数值模拟方法在一定程度上能够更好地揭示土钉支护复合土体的应力与变形规律。     

土钉支护边坡动力性能参数分析

为研究土钉支护参数对土钉支护边坡抗震性能的影响,通过设计并完成振动台模型试验,研究了在不同支护参数(如土钉倾角、土钉长度、土钉间距等)下边坡的动力反应特征。试验结果表明:土钉支护边坡有较好的抗震性能;试验过程中,土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与滑裂面位置并不相同。     

地震作用下的超深水平井动态响应分析

以位于地震断裂带的水电站出线水平井为项目背景,利用大型有限元软件进行三维模拟,考虑土与结构的相互作用,研究分析地震作用下的超深水平井的动态响应。分析表明:水平井在竖向地震作用下的动力响应比在水平地震作用下的小;周围土体对结构的位移限制,以及深厚覆盖层对地震波的吸收,使得水平井无论是水平地震作用还是竖向地震作用下,动力响应都很小,表明水平井的抗震性能优越,证实了深埋结构的抗震可靠性。     

复合土钉墙大型现场测试及变形性状分析研究

通过对深圳假日广场深基坑复合土钉支护结构全过程内力和变形的观测与分析,探讨地下水和土压力变化对土–土钉耦合体力学性能的影响效应,研究爆破振动荷载下土的特性及复合土钉支护体系力学性能变化对基坑安全的作用规律,揭示复合土钉支护结构的变形特征。结果表明：（1）预应力锚索复合土钉支护结构的变形具有渐进性,每层开挖完成后,应尽快构筑支护结构以减小被支护边坡的总体水平位移,同时该支护结构还具有空间效应,靠近边坡上部布置的锚索对减小坡顶水平位移更有实际意义;（2）在桩锚式复合土钉支护结构中,土体沉降呈“勺”状分布,最大沉降值发生在最佳优势滑裂面附近,水平位移随基坑开挖不断增加,最后稳定在基坑边坡中偏下位置。     

复合土钉墙大型现场测试及变形性状分析研究

 通过对深圳假日广场深基坑复合土钉支护结构全过程内力和变形的观测与分析,探讨地下水和土压力变化对土–土钉耦合体力学性能的影响效应,研究爆破振动荷载下土的特性及复合土钉支护体系力学性能变化对基坑安全的作用规律,揭示复合土钉支护结构的变形特征。结果表明：(1) 预应力锚索复合土钉支护结构的变形具有渐进性,每层开挖完成后,应尽快构筑支护结构以减小被支护边坡的总体水平位移,同时该支护结构还具有空间效应,靠近边坡上部布置的锚索对减小坡顶水平位移更有实际意义;(2) 在桩锚式复合土钉支护结构中,土体沉降呈“勺”状分布,最大沉降值发生在最佳优势滑裂面附近,水平位移随基坑开挖不断增加,最后稳定在基坑边坡中偏下位置。     

土钉加固黏性土坡动力离心模型试验研究

 很多滑坡是由地震引发的,为了防止或减轻地震造成的边坡灾害,目前在边坡的加固治理方面已经发展并形成一些较好的方法,而土钉是边坡抗震加固的一种简便有效的方法。采用动力离心模型试验方法,再现地震条件下土钉加固黏性土坡和素土坡的响应;测量了试验过程中边坡的位移场和加速度响应的变化过程。基于试验结果,通过对比素土坡和土钉加固土坡的动力响应,探讨土钉加固土坡的变形规律和加固机制。试验结果表明,地震过程中土坡产生不可恢复的累积变形,其大小与输入的地震加速度峰值有关。通过比较土钉加固土坡和素土坡的位移分布,研究土钉加固土坡的机制。引入土单元应变进行分析,结果表明,土钉加固措施能显著地改变边坡的位移场分布,限制土坡的剪切变形,避免滑裂面的产生,从而提高了边坡的稳定性。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

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。     

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。     

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。     

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。     

土钉支护结构侧压力分布规律分析

在基坑土钉支护设计中,一般用坑壁侧压力来估算土钉的间距、内力和长度,因此侧压力大小及分布的合理确定对设计有显著影响。通过应用三维非线性有限元方法,并采用能够在一定程度上反映基坑开挖过程中土体变形特点的本构模型,对土钉支护结构进行受力分析。计算分析表明：土钉支护中相应坑壁侧压力分布与经典土压力分布差别较大,其合力值在主动...     

毛竹复合土钉墙工作性状的数值分析研究

以某软土基坑采用毛竹复合土钉墙支护的工程实例为背景,利用有限元软件PLAXIS建立某设计剖面的平面应变有限元模型。为提高数值分析定量计算分析的精度,采用了能反映土体小变形和加卸载变形等特点的小应变刚度模型。通过对土钉墙面层及毛竹排桩的水平位移、坡顶沉降、毛竹土钉的轴力以及毛竹排桩的剪力和弯矩分布规律的分析,对堤坝形毛竹复合土钉墙的工作性状获得了较全面的认识,并探索了其可能的失稳破坏形式。采用该程序自带的强度折减有限元法计算了各开挖工况下支护体系的稳定安全系数,表明毛竹复合土钉墙在施工期间和施工后均具有较高的稳定性,具备可靠的支护能力。     

Estimation of seismic active earth pressure on reinforced retaining wall using lower bound limit analysis and modified pseudo-dynamic method

Present study estimates seismic active earth pressure on the reinforced retaining wall by combining the lower bound finite element limit analysis and the modified Pseudo-dynamic method. A series of parametric analyses are performed by varying seismic acceleration coefficient, time period of seismic loading, soil friction and dilation angles, reinforcement spacing, length of reinforcement, soil-reinforcement interface, damping ratio of soil, soil-wall interface, wall inclination, and ground inclination. Maximum active earth pressure is exerted when natural time period of reinforced soil matches with the time period of an earthquake. Reinforcement is found to be effective in terms of reducing active earth pressure significantly on the wall subjected to seismic loading. Effectiveness of reinforcement depends upon two factors, namely vertical spacing and soil-reinforcement interface friction angle. For relatively smaller reinforcement spacing, soil-reinforcement behaves like a composite block, which helps to constraint stresses within a small area behind the wall. Maximum tensile resistance is developed when fully rough interface condition is assumed between soil and reinforcement layer. Failure patterns are provided to understand the behaviour of reinforced retaining wall under different time of seismic loading.     

刚性挡土墙地震失效模式的数值研究

采用离散元方法建立了某刚性重力式挡土墙的数值模型,并根据室内材料试验结果标定了数值模型的微观参数,使数值模拟结果建立在可靠的参数选择基础上。利用颗粒流软件的微观实时测量优势研究了地震荷载作用下挡土墙的失效模式。研究结果表明:加载初期,挡土墙在墙后动土压力、自身地震惯性力和基础摩擦力的作用下保持稳定;随着加速度峰值的增大,动土压力的波动偏离静土压力并逐渐增大,挡土墙发生水平滑移和旋转,当基础破坏后挡土墙还将发生竖向位移。