地震条件下倾斜挡土墙被动土压力研究

挡土墙的抗震设计是减小地震灾害的一项重要措施。在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,将随机出现的地震力按最不利工况下的静力考虑,利用水平层分析法得到了地震加速度沿墙高均匀分布时不同挡土墙倾角、填土摩擦角、墙背摩擦角下的地震被动土压力系数、被动土压力强度、被动土压力合力和被动土压力合力作用点的理论公式。分析了地震加速度系数、挡土墙倾角、填土内摩擦角对被动土压力系数和土压力分布的影响,结果表明,地震被动土压力合力与Mononobe-Okabe理论相同,地震土压力强度为非线性分布。在最不利工况下,地震力的出现大大减小了被动土压力,减小的程度随地震加速度的增加而增加。     

SV波作用下刚性挡土墙地震主动土压力时频域计算方法

 基于弹性波动理论,概化刚性挡土墙的动力分析模型,利用水平分层法,建立单元体的受力平衡微分方程,借助Hilbert-Huang变换,提出地震作用下刚性挡土墙地震主动土压力的时频域计算方法,并通过与振动台试验结果的对比验证该方法的合理性。分析输入波频率对刚性挡土墙墙后填土的临界破裂角、地震主动土压力合力以及作用点的影响,结果表明：随着地震烈度的增大,临界破裂角逐渐减小,地震主动土压力合力逐渐增大,合力作用点位置略有上移;随着输入波频率的增大,临界破裂角和地震主动土压力合力分别呈“倒马鞍型”和“正马鞍形”分布,并且均在输入波频率与刚性挡土墙系统自振频率相近时达到最大,而地震主动土压力合力的作用点则基本上不变;按照现有规范不考虑输入波频率进行刚性挡土墙地震稳定性设计,可能会降低挡墙的地震安全储备。刚性挡土墙地震主动土压力的时频域计算方法不仅能够考虑地震波三要素(峰值、频率以及持时)对挡墙土压力的影响,同时也能够为其他类型支挡结构的抗震时频设计提供一定的参考。     

平动模式下刚性挡墙的地震非极限土压力

传统的地震土压力理论主要研究了地震荷载下挡土墙位移达到极限状态时的土压力,但挡墙能否达到极限位移状态常常与位移模式有关。为更好地反映实际工程情况,需要研究地震非极限土压力理论。针对平动位移模式的挡土墙,考虑摩擦角随挡墙位移的变化,基于水平层单元法,建立了地震非极限主动土压力分布的改进拟动力法,并推导了地震主动土压力合力和合力作用点的计算表达式。将计算所得地震土压力分布结果和前人模型试验的实测数据进行对比,计算的土压力分布曲线与实测分布曲线较吻合,验证了所提方法的合理性。研究成果对发展非极限土压力理论和指导边坡工程的抗震设计有一定参考价值。     

加筋重力式挡土墙抗震设计方法研究

汶川地震震害调查结果表明重力式挡土墙易发生震害,而加筋结构除面板易破坏外,整体抗震性能表现良好,因此,在继承前人研究成果,提出了将加筋土技术移植到重力式挡土墙中的改进型支挡结构-加筋重力式挡土墙,并按力多边形法推导了结构的抗震设计方法。之后,通过大型振动台试验对其耐震能力和推导公式进行了验证,分析发现,加筋重力式挡墙所受地震土压力较普通重力式挡墙小,达到提高抗震性能与经济节约的双重功效,在地震烈度为8度以上的区域宜代替普通重力式挡墙使用。此外,试验实测地震土压力和破裂角与理论计算接近,说明此方法具有一定的适用性。     

地震荷载下重力式挡土墙的抗倾覆稳定性分析

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法推导了地震荷载作用下的主动土压力计算公式,并给出了地震土压力沿墙高的分布及土压力合力作用点的位置。在此基础上提出了重力式挡土墙的抗倾覆稳定性验算公式,为实际工程中挡土墙抗震设计提供了理论依据。稳定性分析结果表明,随着水平地震荷载的增大,抗倾覆稳定性显著降低。     

挡土墙后黏性土的地震主动土压力分析

在Mononobe-Okabe平面滑裂面假设的基础上,考虑地震加速度的放大效应,运用拟动力学的分析方法,得到考虑时间和相位变化的刚性挡土墙后黏性土地震主动土压力系数、地震主动土压力合力和主动土压力分布强度的理论公式。在此基础上,利用优化算法得到地震卓越周期中的最不利工况,分析水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角、挡土墙倾角和地震放大系数对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、临界深度、合力作用点和土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度的存在大大增加黏性土的主动土压力;挡土墙倾角和地震放大效应对临界深度、合力作用点和土压力分布都有着明显影响。     

关于地基抗震若干问题的讨论

地基与工程抗震的关系及地基的工程抗震,这是有关地基抗震的两个相互关联的侧面,前者主要讲地基土对工程震害的影响,后者主要讲地基本身的抗震问题,例如砂土液化问题。本文主要从唐山地震的震害出发,对地基与工程抗震的关系和砂土液化问题加以讨论,并就砂土液化区地震影响系数的取值问题,对规范提出一些商榷。     

地震条件下成层黏土挡墙土压力及其分布的微分薄层法

研究了地震条件下分层土挡土墙土压力的计算方法,经与朗肯、库伦土压力理论公式的计算结果相比,有很好的吻合性。以往所研究的解析解均是针对单一、均质、各向同性填土推导的,而文中计算公式和方法则可适用于多层不同性质填土的挡土墙土压力的计算。并且与以往相关研究的结论—-即主动土压力合力的作用点位置高于朗肯、库伦土压力合力作用点位置,主动土压力合力的作用点位置高于朗肯、库伦土压力合力作用点位置是一致的。提出的方法适用于多层性质不一样填土的挡土墙土压力的计算,有一定实用意义。     

墙体绕基础转动情况下挡土墙主动土压力分布

采用库仑土压力理论的假设 ,挡土墙上的主动土压力是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水平层薄单元进行分析 ,建立关于挡土墙上土压力强度的一阶微分方程 ,给出了墙体绕地基转动变位模式下 ,土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式 ,并与库仑土压力理论、墙体平动变位模式下土压力和有关实验结果进行了比较分析。结果表明 ,墙体绕地基转动变位模式下土压力合力与墙体平动变位模式下土压力合力相等 ,并等于库仑土压力理论计算结果 ,但土压力合力作用点和土压力分布有显著差别。     

RB模式下挡墙的地震非极限主动土压力分析

基于拟动力法和水平层分析法,以地震荷载下的刚性挡土墙为研究对象,依据已有试验研究结论,考虑挡墙位移对摩擦角发挥值的影响,推导得出RB模式下地震非极限主动土压力和合力作用点的计算表达式。计算模型根据墙顶最大位移的不同分成2种非极限状态工况,并建立挡墙位移,地震动荷载和土压力之间的相互联系。讨论墙顶位移对地震侧土压力的分布、摩擦角发挥程度、土压力合力作用点的影响。结果表明,水平或竖向地震作用以及挡墙非极限的位移状态都能使主动土压力的合力作用点升高。相比于传统的极限状态地震土压力理论,所提方法更合理地描述了地震土压力随挡墙位移的发展过程,对发展非极限土压力理论和改进实际工程中的抗震计算方法具有一定的参考意义。     

重力式挡墙基于位移的抗震设计方法研究——大型振动台模型试验研究

基于位移的设计方法是岩土工程抗震领域的前沿课题。以大型振动台模型试验为手段,研究重力式挡土墙的位移计算模型,能够为挡土墙基于位移的抗震设计提供支撑。首先系统介绍了实验方案,包括实验装置、模型设计、测试方案、地震波输入及加载制度。然后,研究了不同地震烈度下重力式挡墙墙体位移及位移模式的变化规律,阐述了土压力分布及其与位移的变化关系,并以 Newmark 滑块及 Zeng 和 Steedman 转动块理论为基础,构建了计算地震下重力式挡墙滑移位移及转动位移模型。经比较振动台模型试验与既有滑移位移经验公式结果,提出 Whitman 和 Liao 的均值拟合法适合用于计算重力式挡土墙的滑移位移量。最后,对重力式挡墙基于位移的抗震设计流程进行了归纳。     

两种加筋土挡墙的动力特性比较及抗震设计建议

为分析比较条带式和包裹式加筋土挡墙的地震动力响应特征,开展了两种加筋土挡墙模型的大型振动台试验.结合震害调查的结果,发现砌块式加筋土挡墙在地震作用下的破坏模式主要表现为局部砌块的松动变形,很少会出现整体垮塌的情况.相比条带式加筋土挡墙,包裹式加筋土挡墙在地震作用下产生的变形量要小.在相同地震量级作用下,包裹式加筋土挡墙相应部位的水平加速度放大系数要小于条带式加筋土挡墙,但峰值动土压力却要比条带式加筋土挡墙大,这是因为包裹式加筋土挡墙面板在地震作用下的变形量小,对土体的约束能力强所致.因此,在抗震设防区,特别是是高地震烈度区进行加筋土挡墙的选型时,包裹式加筋土挡墙应作为一种优选结构.分析认为加筋土挡墙的抗震设计除了要进行整体稳定性的验算外,还应注重墙体变形量的控制,加筋土挡墙在地震作用下的最大变形量应小于允许的变形量.为维持线路的正常使用,加筋土挡墙的变形指数应控制在4%以内.若验算得到的变形量超出允许值,可采取增大墙后填土的压实度和增加拉筋长度,以及加厚墙体和降低墙体坡率等措施.     

Seismic earth pressures on flexible cantilever retaining walls with deformable inclusions

In this study, the results of 1-g shaking table tests performed on small-scale flexible cantilever wallmodels retaining composite backfill made of a deformable geofoam inclusion and granular cohesionlessmaterial were presented. Two different polystyrene materials were utilized as deformable inclusions.Lateral dynamic earth pressures and wall displacements at different elevations of the retaining wallmodel were monitored during the tests. The earth pressures and displacements of the retaining wallswith deformable inclusions were compared with those of the models without geofoam inclusions.Comparisons indicated that geofoam panels of low stiffness installed against the retaining wall modelaffect displacement and dynamic lateral pressure profile along the wall height. Depending on the inclusioncharacteristics and the wall flexibility, up to 50% reduction in dynamic earth pressures wasobserved. The efficiency of load and displacement reduction decreased as the flexibility ratio of the wallmodel increased. On the other hand, dynamic load reduction efficiency of the deformable inclusionincreased as the amplitude and frequency ratio of the seismic excitation increased. Relative flexibility ofthe deformable layer （the thickness and the elastic stiffness of the polystyrene material） played animportant role in the amount of load reduction. Dynamic earth pressure coefficients were compared withthose calculated with an analytical approach. Pressure coefficients calculated with this method werefound to be in good agreement with the results of the tests performed on the wall model having lowflexibility ratio. It was observed that deformable inclusions reduce residual wall stresses observed at theend of seismic excitation thus contributing to the post-earthquake stability of the retaining wall. Thegraphs presented within this paper regarding the dynamic earth pressure coefficients versus the wallflexibility and inclusion characteristics may serve for the seismic design of full-scale retaining walls withdeformable polystyren     

Experimental study on seismic response of soilbags-built retaining wall

The seismic performance of soilbags-built retaining wall model was studied experimentally. A series of small-scale shaking table tests with the input of different amplitude sinusoidal waves and a large-scale shaking table test in a designed laminar shear box with the input of the Wenchuan earthquake wave were carried out on soilbags' retaining wall models. For comparison, the small-scale shaking table tests were also conducted on horizontally reinforced retaining wall models. The horizontal acceleration responses, the Fourier spectra, the dynamic earth pressure and the lateral displacements of soilbags' retaining wall models were investigated in shaking table tests. The results show that the seismic response of the soilbags' retaining wall is equivalent to or even slightly better than that of the horizontally reinforced retaining wall. The fundamental frequency and the Fourier spectral characteristics of the soilbags’ retaining wall are similar to those of backfill sands. The dynamic earth pressure of the wall model fluctuates almost synchronously with the input Wenchuan wave and no residual earth pressure is induced by the seismic loading. The permanent lateral displacements are small when subjected to multiple shakings, providing a proof that the retaining wall of soilbags has a good seismic performance.     

地震作用下柔性挡墙变形特征分析

为研究柔性挡墙的地震动力响应及变形特征,开展格宾加筋挡墙与生态加筋挡墙的大型振动台模型试验。研究结果表明:在地震作用下,2种柔性挡墙受到的峰值动土压力沿墙高呈现中间小两端大的分布特征,这与混凝土刚性挡墙峰值动土压力的分布规律恰好相反。由于格宾加筋挡墙和生态加筋挡墙的面墙在地震作用下发生鼓胀变形,导致其相应部位的动土压力远小于混凝土挡墙的动土压力。国内现行规范因未考虑柔性挡墙变形后的地震土压力衰减效应,据此进行柔性挡墙的抗震设计将偏于保守。通过分析认为,对于格宾加筋挡墙和生态加筋挡墙这类面墙刚度较小的柔性挡墙的抗震设计,应在保证挡墙地震稳定性的前提下,对地震土压力做适当的折减以节约工程造价。对于铁路及高等级公路柔性挡墙的抗震设计,除要保证其整体稳定性外,还需控制墙体的局部变形量,改善填料的工程特性和增加面墙材料的弹性模量以及加厚墙体均可以减小挡墙在地震作用下的变形量。     

预应力返包式加筋土挡墙的动力响应分析

在地震作用下,返包式加筋土挡墙作为一种柔性结构常因侧向变形较大或局部产生破坏而影响其正常使用。为解决该问题,提出了预应力返包式加筋土挡墙结构。为完善预应力返包式加筋土挡墙的设计理论,运用拟动力法和附加应力法理论,以预应力返包式加筋土挡墙作为研究对象,结合现有的加筋土挡墙侧向动土压力和侧向位移计算理论,提出了一套用于计算预应力返包式加筋土挡墙侧向动土压力和侧向位移的理论公式。结合室内振动台模型试验验证了所提理论方法的可行性和合理性。该方法计算简洁,适用性广,能够较好地计算预应力返包式加筋土挡墙的侧向动土压力和侧向位移,对完善预应力返包式加筋土挡墙的设计理论具有一定的指导和借鉴意义。     

Seismic Earth Pressure Exerted on Retaining Walls Under a Large Seismic Load

In recent years, serious damage has been done to retaining structures because of large earthquakes. In order to establish practical methods for evaluating the seismic earth pressure, which is one of the important external forces acting on retaining structures during large earthquakes, a series of shaking table tests was conducted on retaining wall (RW) models. The experiments revealed that the seismic active earth pressure was considerably smaller than that obtained by the Mononobe-Okabe theory, particularly under a large seismic load. Furthermore, it was demonstrated that the seismic earth pressure had an upper limit, which was determined by the force equilibrium of the soil wedge at the critical state when the RW lost its stability. On the basis of the test results, a new method to evaluate the seismic earth pressure for practical designs under a large seismic load has been suggested. This proposed method provides a reasonable earth pressure as well as an angle of failure plane, those of which depend on the seismic stability of the retaining wall. It has been confirmed that earth pressure obtained by the proposed method agrees well with the measured seismic earth pressure exerted on several retaining walls with different degrees of stability.     

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。     

多级拼装悬臂式挡墙地震响应振动台模型试验

多级拼装悬臂式挡墙是一种可用于高填方工程的新型轻型支挡结构。为确定墙–坡系统的地震动力响应特征,进行几何、重度和时间相似比分别为1∶10,1∶1和1∶3.162的三级拼装悬臂墙支挡边坡的水平振动台模型试验。结果表明:坡体加速度沿墙高呈明显的非线性放大效应;墙后静止土压力和动土压力均呈"三峰型"分布模式,各级墙踵板对其下部墙背土压力存在遮蔽效应,动土压力沿墙高呈显著的多段折线型分布模式;在地震波波峰时刻,墙体位移急剧增大并接近永久位移;地震作用过程中墙–坡系统的变形发展可分为PGA≤0.4 g时的多级墙体微小变形、0.4 g相似文献   

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。