混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究EI北大核心CSCD

混凝土–堆石组合坝(concrete-rockfill combination dam,简称CRCD)主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其动力特性的研究鲜有报道。对此,开展基岩坝基混凝土–堆石组合坝大型振动台模拟试验,研究蓄水、地震波类型、频率、幅值等因素对加速度响应的影响。试验结果表明:CRCD模型对输入地震波具有明显的放大作用,混凝土墙顶部及堆石体顶部为峰值加速度最大区域,是抗震薄弱的部位。CRCD不同于混凝土重力坝,其混凝土墙与坝基非固结,因此墙体与堆石体及墙体与坝基之间的接触面是抗震设计的关键部位。堆石体坝顶具有一般土石坝的"鞭梢效应",但因混凝土墙的约束限制作用使得堆石体加速度反应小于一般土石坝。蓄水、地震波类型、频率、幅值对CRCD的混凝土墙及堆石体的加速度影响不同:蓄水对混凝土墙的加速度响应削弱作用稍大于对堆石体的作用;近场什邡波比中远场Taft波引起的加速度放大效应更明显;地震波频率对混凝土墙与堆石体的加速度响应影响差异不大;加速度放大倍数基本上随着地震波幅值的增大逐渐降低,且混凝土墙顶加速度放大倍数稍大于堆石体顶部值。试验结果初步揭示了CRCD的加速度响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。     

混凝土–堆石组合坝加速度响应大型振动台试验研究

混凝土–堆石组合坝(concrete-rockfill combination dam,简称CRCD)主要由上游混凝土墙与下游俯斜式堆石体构成,作为一种新型坝体结构,目前对其动力特性的研究鲜有报道。对此,开展基岩坝基混凝土–堆石组合坝大型振动台模拟试验,研究蓄水、地震波类型、频率、幅值等因素对加速度响应的影响。试验结果表明:CRCD模型对输入地震波具有明显的放大作用,混凝土墙顶部及堆石体顶部为峰值加速度最大区域,是抗震薄弱的部位。CRCD不同于混凝土重力坝,其混凝土墙与坝基非固结,因此墙体与堆石体及墙体与坝基之间的接触面是抗震设计的关键部位。堆石体坝顶具有一般土石坝的"鞭梢效应",但因混凝土墙的约束限制作用使得堆石体加速度反应小于一般土石坝。蓄水、地震波类型、频率、幅值对CRCD的混凝土墙及堆石体的加速度影响不同:蓄水对混凝土墙的加速度响应削弱作用稍大于对堆石体的作用;近场什邡波比中远场Taft波引起的加速度放大效应更明显;地震波频率对混凝土墙与堆石体的加速度响应影响差异不大;加速度放大倍数基本上随着地震波幅值的增大逐渐降低,且混凝土墙顶加速度放大倍数稍大于堆石体顶部值。试验结果初步揭示了CRCD的加速度响应特征,为其在地震作用下的抗震设计等提供参考。     

基于Rankine模型的墙体位移–土压力近似计算

墙体位移是影响土压力的核心要素。根据Rankine土压力模型,以试样在单剪试验中的剪切过程近似模拟墙后土体由静止进入极限状态的历程,构建土体剪应变与墙体位移在等极限应变条件下的几何方程和基于点应力状态的剪应力与土压力平衡方程,结合以双曲线表达且与几何方程相匹配的剪应变–剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立综合反映土体变形与强度特性及初始应力状态影响的墙体位移–土压力函数关系,讨论极限状态下墙体位移的主要影响因素。分析表明:静止与被动(或主动)状态之间的墙体位移–土压力曲线是土体应力–应变特性的宏观体现,两者随变形的增加呈现出相似的变化规律;主动(或被动)状态下的墙体位移随土体极限剪应变、滑移区范围的增加而增大,随静止土压力系数的降低而减小(或增大);工程设计常用力学指标下的粗细粒土进入主动状态时,墙体位移与墙高之比为0.6‰~15.0‰,被动时为-0.5%~-5.9%,理论分析与相关文献模型试验结果吻合。     

考虑变位影响的刚性挡墙非极限土压力研究

 经典土压力理论仅能计算平移模式挡墙的极限状态土压力。采用以主应力差表示的应力圆,根据应力路径三轴试验中得到的径向应力–应变关系,建立非极限状态下受位移影响的土体内摩擦角、墙土间摩擦角发挥值随位移的变化关系,并提出有效位移面积比方法将该关系量化至转动变位模式挡墙。在此基础上,应用水平层分析法和改进的库仑公式,推导出考虑挡墙变位影响的非极限土压力合力及其作用点位置、土压力分布计算式。研究表明：按有效位移面积比方法进行量化后,理论计算值与实测值相对误差较小;所提出的公式较好地反映了土压力随位移的变化规律,能够分析不同变位模式下的非极限土压力,可作为库仑理论公式的有效推广。     

考虑位移影响刚性挡土墙主动土压力分析

基于库仑土压力理论和Dubrova压力重分布法,提出一种改进的重力式挡土墙主动土压力分析方法。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,墙后土压力逐渐减小;只有当墙顶位移充分大时,才能达到库仑主动极限平衡状态,相应的土压力等于库仑主动土压力。     

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。     

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。     

土工袋柔性挡墙位移模式及土压力研究

用土工袋构筑而成的挡土墙具有一定的柔性, 在墙后土压力作用下,墙体能够发生一定的变形, 墙后土压力分布及大小与刚性挡土墙大不相同。设计并进行了土工袋柔性挡土墙模型试验,通过试验观测了墙体的位移模式和墙后填土的破坏模式,研究了土压力沿墙体高度方向及墙体水平方向的分布;运用水平微分单元法推导了主动平衡状态下土工袋柔性挡土墙土压力的计算公式,土压力理论计算值与模型试验实测值基本吻合;进行了模型试验用土工袋层间摩擦试验,建立了土压力与土工袋层间摩擦力的平衡关系式,分析了土压力沿土工袋墙体水平方向的传递规律。     

RTT位移模式挡土墙非极限状态被动土压力分析

挡土墙非极限状态土压力是常态化的。用滑动土楔和水平单元计算概念,就绕墙顶转动加平移之挡土墙被动土压力进行研究。结果表明,RTT位移模式挡土墙非极限被动土压力为上凹曲线分布,合力作用点在墙高的下三分区,随墙体转动和平移量增大,被动土压力非线性增长。墙体转动相对多,合力作用点下移,墙体平移相对较多,合力作用点上移。     

基于土拱效应的墙背非极限主动土压力

根据平移模式下的微元滑裂体水平面上的剪力为零的条件和土拱效应,获得受填土内摩擦角和墙土摩擦角影响的非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数,其中,非极限填土内摩擦角和墙土摩擦角是墙体位移的函数。根据非极限水平微元滑裂体的静力平衡,得到平移模式下考虑土拱效应和位移影响的非极限主动土压力计算式。参数影响分析表明:非极限滑裂面倾角和非极限主动土压力系数均随非极限墙土摩擦角的增大而增大;非极限主动土压力系数和非极限主动土压力均随侧向位移比的增大而减小;非极限主动土压力分别随着非极限填土内摩擦角、非极限墙土摩擦角的增大而减小。理论值及试验值的对比结果显示:相较于其他方法,本文方法的非极限主动土压力理论值与试验值吻合更好。     

考虑位移影响及土拱效应的土压力研究

针对不同位移模式下的刚性挡土墙,提出考虑位移影响和土拱效应的土压力计算方法。将已有的内、外摩擦角与位移之间的关系式以及侧压力系数的表达式植入水平层分析法,推导出不同位移模式下的主、被动土压力的理论公式。并将计算结果与六个模型试验数据比较,结果表明：计算结果与试验数据的变化趋势基本一致,主动情况下吻合较好,被动稍差;从位...     

有限土体下考虑土拱效应的非极限主动土压力解

以挡土墙后有限范围黏土为研究对象,考虑非极限状态下的土拱效应,并采用塑性上限理论求得的破裂面夹角和多滑裂面假设得到的侧向土压力系数变化规律,推导了有限土体的主动土压力解析式,该公式也可退化为半无限宽度的主动土压力公式。与模型试验相比,所提理论解与试验值取得了较好的一致性,证明了解析解的合理性。进一步参数分析表明:破裂面夹角随土体内摩擦角$\varphi$呈线性增长;随有限土体宽高比B/H减小而小幅增加;与地下室挡墙外摩擦角和内摩擦角的比值 $\alpha / \phi$ 呈正相关,而与基坑挡土墙外摩擦角和内摩擦角的比值$\delta / \varphi$呈负相关;在$\alpha / \varphi$大于或略小于$\delta / \varphi$时,破裂面夹角随位移比$\eta$单调增加,而当$\alpha / \varphi$远小于$\delta / \varphi$时,破裂面夹角随$\eta$增加先增大后减小。主动土压力随B/H减小而单调降低,其分布由子弹形逐渐转变为钟形;主动土压力值与$\delta / \varphi$、$\alpha / \varphi$和$\varphi$都呈负相关,且随$\delta / \varphi$与$\varphi$的增加非线性逐渐增强。     

考虑土拱效应的挡土墙地震主动土压力静力研究

 在Mononobe-Okabe拟静力学理论的基础上,对挡土墙后填土进行应力分析,根据静力平衡求得滑裂面水平倾角。再结合土拱效应原理采用水平层分析法,对处于正常受力状态的填土微元体进行应力分析,并根据静力平衡和力矩平衡建立方程组,从而求得适用范围更广的地震作用下墙后土体的主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置等的计算公式。利用数值方法分析土内摩擦角、墙土面摩擦角以及水平和竖向地震系数对滑裂角、主动土压力、土压力系数、土压力合力作用点位置的影响,并将计算结果与其他计算方法所得结果以及试验结果进行对比分析。     

竖向分层非饱和土主动土压力的计算与分析

为了减小经典库仑土压力理论与实际工程中竖向分层土压力之间的误差,在传统库仑土压力理论和有限土压力理论的基础上,考虑了非饱和土的强度特性,建立了挡土墙后竖向分层填土的静力学平衡关系,得到了竖向分层填土的主动土压力的计算公式.通过与现有理论对比分析,验证了本文理论的正确性.分别分析了填土性质参数及挡土结构几何参数对土压力的...     

浅圆仓侧压力计算的虚位移法

浅圆仓散料侧压力一般采用Rankine和Coulomb土压力理论计算,而Rankine理论和Coulomb理论适合于直线挡墙。散体不同于流体,其对侧墙有摩擦力作用,侧压力沿高度的分布不可能是线性的。基于此,依据能量原理,考虑仓壁摩擦,按虚位移法,得到浅圆仓侧压力的计算公式。通过算例,将计算结果与实仓试验结果、Rankine和Coulomb公式计算结果、有限元计算结果进行对比,表明本文计算方法是合理的。     

考虑位移效应的刚性挡土墙土压力计算模型

基于库仑土压力理论的假设,采用水平薄层单元法得到了可综合考虑三种基本位移模式的土压力强度一阶微分方程;将摩擦角与墙体位移间的关系式引入,建立了可同时考虑基本变位模式和位移量的挡土墙主动土压力计算模型。利用MATLAB对微分方程进行数值积分和最优化法搜索直线滑动面的位置。通过与实测数据进行对比分析,结果表明模型计算结果与试验结果较吻合。