墙土系统模态特性的影响因素分析

模态参数是结构损伤识别的主要指标,然而,在墙土系统损伤诊断中仍处于探索阶段,因此,文中对墙土系统模态参数的主要影响因素进行详细分析。主要讨论了墙土系统模型和土体物理力学性质等对模态参数的影响。研究结果表明:基于低应变法测试墙土系统模态参数时,墙土系统模型的边界条件、墙土接触面、岩土材料本构模型的选择对模态参数没有影响;土体剪切波速对模态频率影响最显著,土体泊松比的影响次之,而土体密度和土体阻尼比基本没有影响,其中,模态频率与剪切波速和泊松比成线性递增关系;土体物理力学性质对模态振型没有影响。通过对这些因素的分析,得到了模态参数与相关参数之间的关系,为进一步研究墙土系统损伤诊断的方法提供了一定的参考意义。     

考虑位移效应的基坑土压力分析

基坑工程中，墙体在墙后土体压力作用下，将产生较大的位移和挠曲变形，引起土压力重分布。本文在充分考虑支护结构-土相互作用的基础上，建立了土压力与墙体位移的关系曲线，并考虑土拱效应引起的应力重分布，得到了考虑位移的土压力计算方法，该法能计算非极限状态下的土压力。     

墙后有限宽度无黏性土主动土压力试验研究

针对无黏性土体,开展了刚性挡墙平动、绕墙底转动和绕墙顶转动3种墙体主动变位模式情况下墙后有限宽度土体土压力试验。通过观察墙后不同宽度土体的破坏过程及对土压力的全程量测,对其破坏模式及土压力分布规律进行了探讨。试验结果表明,墙后有限宽度土体的破坏面为一连续曲面,随着墙后土体宽度的增加,土体破坏面逐渐向外侧偏移,最终趋于某一固定位置,但始终位于库仑破坏面内侧。土压力值监测表明,库仑土压力理论并不适用于有限宽度土体。当填土宽度为有限宽度时,土压力值小于库仑主动土压力值,其差距随土体宽度减小而逐渐增大。当墙体平动时,土压力值沿墙高先增大后减小;墙体绕墙底转动时土压力值则呈线性增长趋势;而当墙体绕墙顶转动时,在挡墙上部出现了明显的土拱效应。     

砂土潮湿状态下悬臂式挡土墙RBT模型试验

鉴于悬臂式挡土墙在实际运营过程中受外界因素影响多呈现为挡土墙平移和绕墙底转动的组合位移（RBT）变形模式,且墙背填料经常处于潮湿状态,经典土压力理论不能合理反映其实际受力状态。为了揭示土体潮湿状态及RBT模式下悬臂式挡土墙墙后土压力分布规律,设计制作了基于RBT模式的悬臂式挡土墙模型试验装置,并开展了不同RBT转动位移量下的模型试验,得到了RBT模式下悬臂式挡土墙墙后土压力分布规律,并与现有理论对比,验证了试验结果的可靠性。依据测试结果,进行了理论公式验证。结果表明:对悬臂式挡土墙施加向外转动位移时,由于潮湿砂土存在较为明显的假性黏聚力,墙背土压力随墙体转动位移的增大而呈现较为明显的先减小后增大的趋势;随着转角增大,水平土压力减小,且下部土体减小趋势较缓,墙体中部位置水平土压力计算值大于实测值。     

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。     

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。     

悬臂式加筋土复合支挡结构振动台模型试验研究

在墙后填土中布设拉筋可有效改善支挡结构的抗震性能.为此开展悬臂式加筋土组合支挡结构在频率5 Hz正弦波加载条件下的振动台模型试验,测试了小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g作用下,模型挡墙及墙后填土的振动加速度、墙背动土压力、墙体振动位移、筋带动拉力等时空响应特征,分析模型结构动力特性、墙-土相互作用及加筋体...     

土体位移对支护结构土压力分布的影响

基坑工程中,墙体在墙后土体压力作用下,将产生较大的位移和挠曲变形,引起土压力重分布。文章针对基坑支护结构的工作特点和土体的具体情况,对朗肯土压理论的合理性和局限性进行了有益探讨,指出朗肯土压理论在支护结构土压力计算上的不足。在充分考虑支护结构-土相互作用的基础上,建立了土压力与墙体位移的关系曲线,并考虑土拱效应引起的应力重分布,得到了考虑位移的土压力计算方法,并通过工程中实测位移不断修正土压力值,能计算非极限状态下土压力的动态值。     

考虑层间剪切作用的挡墙主动土压力分析

以墙后为无黏性填土的刚性挡墙为研究对象,首先基于库仑滑裂面,假定墙后土拱为抛物线形拱,分别建立平动模式下水平微单元平均竖向应力、层间剪切力与主动土压力的定量关系,以考虑水平微单元层间剪切作用的影响,在此基础上由静力平衡方程推导出主动土压力解析解。然后将求解的主动土压力值与前人的研究成果进行对比,验证该方法的合理性。最后,对该解析解进行参数分析,发现墙土摩擦角与填土内摩擦角的比值是影响层间剪切作用强弱的主要因素。该方法能考虑挡墙后土体中应力偏转现象以及水平微单元体层间剪切作用,较传统土压力计算方法,能够更真实地反映土体中的应力状态。     

有限宽度无黏性砂土悬臂排桩柔性挡墙被动土压力试验研究

针对无黏性砂土,采用自制模型设备,模拟悬臂式排桩等柔性挡墙前倾挠曲变形位移模式,开展有限宽度范围土体变形破坏特征及被动土压力分布规律的室内模型试验。试验结果表明,柔性挡墙后被动区土体滑动破裂面不通过墙踵而交于墙身,接近或达到被动极限状态时形成贯穿的连续曲面,墙后剪切滑裂面与墙土界面之间形成竖向土拱,活动挡墙与滑裂面底部夹角处部分土体被"楔紧"。随着水平位移增大,挡墙上部被动土压力增大较明显且在有限宽度范围内一直呈增大趋势,挡墙下部土压力较易达到稳定;随着宽高比增大,达到临界状态进入半无限状态时,被动区砂土土压力均趋于稳定。柔性挡墙被动土压力呈非线性分布,随着深度增加,被动土压力逐渐增大,然后快速减小,有限宽度内宽高比越小,被动土压力的峰值越大,相同宽高比条件下,挡墙嵌固深度越大,土压力峰值越大。     

结构动力模型物理参数模态识别方法及应用

在结构振动计算中,很多结构可以简化为竖向悬臂杆,以层间剪切或层间弯剪模型进行时程分析。由于结构物理参数的不确定性及建立模型时所做的假设,理论计算模型和真实计算模型在动态特性上存在差异。鉴于此,提出结构动力模型物理参数的模态识别方法,这种方法利用递归算法对结构进行解耦,只用实测的一个或二个模态数据即可识别结构物理参数。而且,利用这种方法所识别的物理参数考虑了结构各杆件、各楼层之间的动态耦合效应及轴向、剪切等各种变形的影响,使简化模型更接近原始模型,从而提高了动力反应的计算精度。将该方法与结构地震损伤状态参数的计算方法相结合,可以进行结构地震损伤识别及倒坍预报分析。具体工程应用实例的计算结果表明,它对结构物理参数估计及损伤识别不失为一种有效的方法。     

Coulomb模型下考虑墙体侧向位移的土压力计算

墙体侧向位移对土压力有显著影响。基于墙体位移-土压力关系是墙后土体应力应变特征的宏观体现这一基本认识,通过构建Coulomb土压力模型下的几何与平衡方程,将直剪试验中微观的土体单位长度剪切位移ε同剪应力τ关系转化成宏观上的墙体位移与土压力曲线,推导了极限位移可求、涵盖主动至被动状态全过程的墙体位移-土压力计算模型。分析表明：滑移区范围、初始应力状态及土体的ε-τ关系是影响墙体位移-土压力曲线的核心要素;相对于主动区,被动区范围对墙土摩擦作用更加敏感,导致静止与被动状态之间的位移-土压力关系受墙土摩擦影响更加显著;墙后土体初始应力状态对墙体位移的影响主要体现为静止土压力系数K₀,随着K₀的增大主动与被动状态下的墙体位移相应增加和减小;极限状态下墙体位移与工程经验吻合,理论模型能基本反映土压力随位移的变化规律。     

BP神经网络在悬臂柱损伤位置识别中的应用

介绍了使用模态指标及神经网络进行结构损伤识别的方法。通过对悬臂柱进行损伤模拟,获得结构的模态参数,采用对损伤位置敏感的损伤指标,使用BP神经网络对悬臂柱的损伤位置进行识别,最终得到了有效的识别结果。     

地下连续墙施工力学性状数值分析

为探讨地下连续墙施工过程中槽壁周围土体的受力与变形机理,采用FLAC3D分析地下连续墙泥浆护壁成槽与混凝土浇筑及硬化全过程的力学性状,探讨槽壁加固、混凝土导墙、刚性地坪及侧边已有墙体等施工因素对槽壁侧向变形和地面沉降的影响。计算结果表明,成槽开挖阶段槽壁具有明显的侧向卸荷效应,混凝土浇筑会产生一定应力补偿;对上海地区幅宽超过5 m的槽段,水平土拱效应几乎可以忽略;槽壁加固对浅层土体的变形约束比对深层土体明显,导墙及刚性地坪仅能约束槽口附近土体的变形;由于水平土拱效应较弱,已有墙体对土体变形的控制效果不明显。     

不同位移模式下衡重式路肩墙离心模型试验研究

以某山区公路旧路拓宽改造工程中新建的衡重式路肩挡土墙为原型,设计了墙体在平移(T)、绕墙趾转动(RB)、绕墙顶转动(RT)以及平移与绕墙趾转动复合形式(T+RB)4种位移模式的土工离心模型试验,讨论了挡墙位移模式对墙背土压力和路基填土变形的影响,分析了墙后不同深度土体进入主动状态的进程,试验表明:1位移模式对上墙土压力大小及分布形态基本无影响,但上墙浅层土体在挡墙位移与墙高比值小于0.3%~0.5%时,存在墙–土摩擦引起的土拱效应,使水平土压力系数增大;2由于衡重台的存在,对下墙距衡重台约1/3下墙高度范围的土压力有遮蔽作用,其结果是降低了土压力合力作用点位置;3位移模式对填土沉降有明显影响,在墙体位移最大值相同时,T位移模式的填土沉降明显大于RB和RT位移模式,而RT位移模式,衡重台向下偏转,促进了填土下沉,最终使其填土沉降大于相同位移面积的RB位移模式,也更容易使上墙出现第二破裂面。     

垛式新型悬臂式挡墙的数值分析及应用探讨

悬臂式挡土墙轻型、柔性的力学特点使其具有适应交替变形的优点,但对其高度有一定的限制。对如何既利用悬臂式挡墙较高的抗倾覆能力和抗滑特性,又能在充分利用墙后填土的自重的前提下提高其支挡的高度,提出了多级垛式悬臂式挡墙这一新结构,并对其进行了探索和讨论。从探索悬臂式挡墙新的构成形式出发,首次提出二级垛式悬臂式支挡结构,并通过数值分析研究其受力变形特点。根据模拟的施工工况,采用弹塑性本构模型并考虑能够反映土体与墙面相互作用的接触单元,分析了墙背变形和填土的受力。此外,通过其力学特点分析和青藏铁路试验段的变形测试结果,探讨其在多年冻土地区的应用,以期为工程应用提供参考依据。     

不同墙趾约束条件下模块式加筋土挡墙离心模型试验

开展了墙趾正常约束、仅对模块–基座界面作光滑处理、仅对基座–地基界面作光滑处理,以及对基座–地基界面作光滑处理且将基座前方土体挖除这4组不同墙趾约束条件的模块式加筋土挡墙离心模型试验,以研究工作应力下墙趾约束条件对挡墙内部稳定性的影响。研究结果表明,墙趾约束条件对模块式加筋土挡墙内部稳定性影响显著;对模块–基座界面作光滑处理的挡墙,其底层模块沿该界面滑移,挡墙中下部的墙面水平位移和筋材应变明显增大,筋材连接力沿墙高呈三角形分布;对基座–地基界面作光滑处理的挡墙,基座前方地基土仍可给基座提供足够的墙趾约束作用,挡墙内部稳定性同墙趾正常约束情况;对于基座–地基界面作光滑处理后又将基座前方土体挖除这种模拟墙趾受到冲刷的挡墙,其基座沿该界面滑移,挡墙中下部的墙面水平位移和筋材应变显著增大,筋材连接力接近极限状态AASHTO法计算的筋材最大拉力,但挡墙仍能保持稳定;在墙趾可能受到冲刷的极端情况下,挡墙在设计上不应考虑墙趾的约束作用,而对于正常服役状态的挡墙,可采用考虑墙趾约束作用的K-刚度法进行挡墙内部稳定性的计算。     

有限土体主动土压力计算的土拱效应分析

基于墙后土体为半无限土体假定的经典土压力理论不适用于有限土体土压力计算。分析了墙后有限土体的破坏模式及位移特征,并考虑应力偏转现象分析了有限土体中的成拱效应。在此基础上,基于水平薄层法分析了有限土体主动土压力分布特征,给出了有限土体主动土压力强度的理论计算方法。该方法可较好地考虑有限土体宽度及土拱效应对土压力分布造成的影响。与试验实测数据对比表明,相比经典土压力理论,该方法的计算值更接近于实测值,可供相关设计计算参考。对影响有限土体土压力分布的主要参数进行了初步研究,如土体计算宽度、土体黏聚力及内摩擦角。结果表明:不同参数取值并未改变有限土压力沿深度的分布规律;同一深度处,土压力值随计算宽度与土体摩擦角的增大而增大,但随土体黏聚力的增加而减小。     

渗流作用下新型装配重力式挡土墙有限元分析

为研究渗流作用下新型装配重力式挡土墙应力变化及墙体排水通道对墙后土体固结的影响,采用ABAQUS进行有限元分析,有限元分析结果与模型试验结果相吻合,证明该模型的合理性。在此基础上研究渗流作用下墙体应力变化趋势及墙体排水通道对墙后土体固结效果的影响。研究结果表明：横向排水通道对墙后土体固结效果的影响优于纵向排水通道对土体固结效果的影响,墙体底部横向排水通道的影响作用最显著;渗流作用下墙体应力由上往下呈先增大后减小的趋势,墙体下部所受最大水平剪应力最大。     

考虑桩间水平土拱效应的边坡桩间墙组合结构受力计算方法

抗滑桩桩间水平土拱效应目前主要用于确定桩间距,在桩间组合结构的受力计算中应用较少。如桩间墙,设计者多按设桩处的剩余下滑力计算桩上荷载,采取将土压力或剩余下滑力折减,或将土体参数提高的方法估算墙上荷载,未充分考虑桩间水平土拱的影响。首先理论分析了桩间水平土拱对桩间墙组合结构受力的影响,认为在桩间水平土拱影响下,抗滑桩的受力应为土拱拱顶处的剩余下滑力;挡土墙的受力应为拱前土体产生的主动土压力或剩余下滑力。在此基础上,推导了考虑土拱效应时该组合结构中抗滑桩和挡土墙的受力计算方法。以某实际铁路堑坡为例,通过计算考虑桩间水平土拱效应的桩间墙受力分配,说明了桩间水平土拱效应对桩间墙组合结构受力的影响。