地震作用下挡土墙位移模式的振动台试验研究

 设计并完成2个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,通过水平向(X向)、竖直向(Z向)和水平竖直双向(XZ双向)3种激振方式,研究汶川波地震作用下重力式挡墙、桩板式挡墙、锚杆格构式框架和预应力锚索格构式框架护坡位移模式及变化特性,并且分析各支挡结构的抗震性能。研究表明：(1) X向或XZ双向激振下,重力式挡墙和桩板式挡墙在激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时的永久位移,以及Z向激振下桩板式挡墙和预应力锚索框架护坡的永久位移可忽略不计;(2) X向激振下,当激振加速度峰值AXmax＞0.4 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合,且以滑动为主,而桩板式挡墙位移模式为向土体方向滑动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动和绕墙踵向土体方向转动的耦合。XZ双向激振下,AXmax＞0.4 g和AZmax＞0.267 g时,重力式挡墙位移模式为向土体方向滑动与绕墙趾向土体外侧转动的耦合,且以转动为主,而桩板式挡墙位移模式则为离开土体向外侧滑动与绕基础向土体外侧转动的耦合,且以滑动为主;(3) X向和XZ双向激振下,预应力锚索框架和锚杆框架的位移模式相同,都是沿坡体向土体外侧及边坡下端移动。Z向激振下,当激振加速度峰值AZmax＞0.267 g时,锚杆格构式框架护坡位移模式为向土体外侧和边坡上端移动逐渐转变为向土体方向和边坡上端移动;(4) X向或Z向激振下,桩板式挡墙抗震性能优于重力式挡墙,而XZ双向激振下,重力式挡墙抗震性能优于桩板式挡墙。无论哪种激振方式,预应力锚索格构式框架护坡抗震性能优于锚杆格构式框架护坡。     

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。     

刚性挡土墙位移模式对土压力的影响试验研究

挡土墙位移模式对墙后土压力分布及土体滑移变形与破坏模式具有重要影响。研究采用开发的可视化挡土墙模型箱和石英砂填料，开展平动、绕底部转动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动和绕中点顺时针转动5种模式的模型试验。将实测土压力与现有计算理论进行对比，对静止土压力、极限土压力及其土压力随挡墙位移变化规律进行了分析，同时采用粒子图像测速技术分析土体的滑移变形特征和破坏模式。结果表明：静止土压力沿墙深呈线性增长趋势，由于砂土超固结导致实测值大于理论值；不同位移模式土体达到极限状态所需的位移量存在较大差异；由于砂土密实程度高，导致平动、绕底部转动、绕顶部转动极限土压力实测值小于理论值；绕中点逆时针转动和顺时针转动极限土压力合力作用点较绕顶部转动和绕底部转动分别出现上移和下移；不同位移模式的滑移面呈现出不同的形态，实测滑移面倾角略大于理论值；绕底部转动、绕中点顺时针转动表现为渐进式破坏，平动、绕顶部转动、绕中点逆时针转动表现为整体式破坏。     

基于半逆解法的重力式挡土墙分析

把重力式挡土墙当作平面应变问题来分析,它受到墙后土体的土压力作用,假设挡土墙的全部应力分量的函数形式,结合平面微分方程,并要求其满足相容方程,利用边界条件来求未知参数,从而运用半逆解法求出应力方程,进而讨论其是否满足应变位移的形变条件,精确求解重力式挡土墙的应力应变分析,求得挡土墙墙脚的垂直位移,并运用FLAC3D计算重力式挡墙的位移和应力,对比表明:基于半逆解法求解重力式挡墙结构的应变位移能取得较好的计算结果,为重力式挡墙结构的设计提供了一定的参考。     

地震引起重力式挡土墙和锚固边坡的位移分析

本文探讨了在地震多发环境下锚固对于用来稳固干燥均匀填土边坡的重力式挡土墙的有效性。按极限平衡法计算的设计屈服加速度对研究的两种稳定措施都有效。地震引起的位移采用运动方程的滑块公式计算。现有的公式考虑了沿重力式挡土墙基底的滑动破坏和墙后主动楔形土体的转动破坏以及锚固边坡滑体的转动破坏。对于研究的填土边坡和输入的水平地面运动的特点,锚杆加固边坡在坡顶由地震引起的垂直和水平地震位移分别比在重力式挡土墙后主动楔形体顶部估算的垂直和水平变形小12%和32%。     

爆破地震作用下重力式挡土墙的稳定分析

基于转动块体方法，对爆破地震作用下重力式挡土墙作了动力稳定分析，讨论了爆破振动频率、地面振动加速度与挡土墙位移的关系，研究了加速度阈值系数对于挡土墙某些参数的敏感性，考虑爆破地震重复作用的累积变形，结合前人的实测爆破振动数据，基本确定了挡土墙开始产生位移的地面振动速度阈值。工程实例说明，振动速度控制在该阈值以下，挡土墙是安全的。     

基于性能的重力式挡墙地震易损性分析

位于高烈度地震区的支挡结构时刻面临着特大震灾的严峻考验,迄今国内外还没有人针对重力式挡墙系统地做过易损性方面的研究工作。采用增量动力分析方法,考虑地震动输入的不确定性,选取PGA为地震强度参数,挡墙的位移指数D_I为性能参数,基于振动台模型试验划分了挡墙的抗震性能水准,利用FLAC^3D对8 m高的重力式挡墙进行了地震动力响应分析和地震易损性分析,通过易损性曲线对挡墙在不同地震动作用下的易损性进行了评估和对比分析。研究表明：PGA与挡墙的位移指数近似呈指数关系,当地震动加速度小于0.4g时,场地条件对墙体位移指数的影响不显著,当地震动加速度大于0.4g时,土质场地挡墙位移指数与岩石场地挡墙相比显著增大,墙体位移指数受场地条件的影响显著。当PGA<0.4g时,挡墙基本保持完好或以轻微损伤破坏为主;当PGA>0.6g时,挡墙已完全损伤,发生严重损坏的概率也较大;当PGA>0.8g时,会造成挡墙的严重损坏,甚至可能造成整体倒塌,需要采取一定的抗震加固措施。     

基于性能的重力式挡墙地震易损性分析

位于高烈度地震区的支挡结构时刻面临着特大震灾的严峻考验,迄今国内外还没有人针对重力式挡墙系统地做过易损性方面的研究工作。采用增量动力分析方法,考虑地震动输入的不确定性,选取PGA为地震强度参数,挡墙的位移指数D_I为性能参数,基于振动台模型试验划分了挡墙的抗震性能水准,利用FLAC~(3D)对8m高的重力式挡墙进行了地震动力响应分析和地震易损性分析,通过易损性曲线对挡墙在不同地震动作用下的易损性进行了评估和对比分析。研究表明:PGA与挡墙的位移指数近似呈指数关系,当地震动加速度小于0.4g时,场地条件对墙体位移指数的影响不显著,当地震动加速度大于0.4g时,土质场地挡墙位移指数与岩石场地挡墙相比显著增大,墙体位移指数受场地条件的影响显著。当PGA0.4g时,挡墙基本保持完好或以轻微损伤破坏为主;当PGA0.6g时,挡墙已完全损伤,发生严重损坏的概率也较大;当PGA0.8g时,会造成挡墙的严重损坏,甚至可能造成整体倒塌,需要采取一定的抗震加固措施。     

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。     

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。     

考虑墙前填土作用下无黏性填土挡墙地震转动稳定性分析

重力式挡土墙在地震作用下的稳定性一直是岩土工程研究的热点问题。将墙前填土、墙后填土、挡墙三者看作统一体系,假设无黏性填土材料服从莫尔库仑破坏准则,根据极限分析上限理论,研究了重力式挡墙在地震作用下的纯转动稳定性。基于纯转动破坏假设,得到考虑墙前填土作用下地震屈服加速度及破裂面倾角的计算公式,并得到了屈服加速度系数的最优解。计算结果与Mononobe-Okabe法的计算结果一致,验证了该方法的合理性。地震屈服加速度系数k随挡墙前后填土高度比（H /H）的增大而增大,特别是当高度比大于0.15后,k随H /H增大呈较快速地增加。故适当增加墙前填土高度,可有效地提高挡墙地震作用下的转动稳定性。     

重力式挡土墙稳定性影响因素分析研究

在地质灾害防治设计中,重力式挡土墙是重要的方法之一,如何快速、简便、准确地选用符合实际情况的重力式挡土墙成为一个重要的课题。本文通过介绍影响重力式挡土墙稳定性的各种因素,按照规范规定计算了各因素影响下挡土墙的安全系数,利用敏感性分析的方法,逐个分析了各因素在重力式挡土墙稳定性中所起的作用,分析了各因素对挡土墙稳定性的影响程度,找出了影响挡土墙稳定性的主要因素,并提出了重力式挡墙设计中应当注意的各种问题,为重力式挡土墙的设计提供了可靠的依据。     

扶壁椅式挡土墙有限元分析

综合扶壁式挡土墙和双排抗滑桩的特性,提出了由扶壁式挡土墙和抗滑桩组成的扶壁椅式挡土墙支挡结构。通过有限元软件ABAQUS建立扶壁椅式挡土墙计算模型,研究了扶壁椅式挡土墙在填土和自身重力作用下结构的位移、变形和受力情况。结果表明:主桩的水平位移由下往上逐渐增大,但在承台上部主桩水平位移不再增加,且在同一水平位置主桩的竖向位移比副桩高出约0. 88 mm;挡土板应力从下向上逐渐降低,在距离承台2 m处,应力降低趋势减缓。     

刚性挡土墙土压力与位移关系试验研究

通过室内模型试验,实测了挡墙绕墙底转动模式下土压力的相关数据,绘制出土压力沿墙高的分布曲线,研究挡土墙位移对土压力的影响,并比较分析了土压力与位移之间的关系。     

柔性挡墙的主动土压力计算及分布研究

已有研究表明,柔性挡墙在不同位移量和位移模式下,主动土压力的大小和分布均发生变化,其分布也与刚性挡墙有明显区别。在前人室内试验和数值模拟结果的基础上,建立了考虑位移变化效应的柔性挡墙土压力计算模型,采用中间状态系数来统一反映挡墙位移模式和位移量的影响,提出了任意位移柔性挡墙主动土压力合力系数的计算公式;在求得合力基础上,将土体简化为非线性弹簧和刚塑性体的组合体,提出了任意位移下的土压力分布和合力作用点高度的计算方法。以前人模型试验为算例,将本文方法与试验结果、已有理论方法的对比表明,本文方法得到的土压力分布与试验值更接近。研究还发现,随着柔性挡墙位移量的增大,土压力合力逐渐减小,土压力分布的非线性程度逐渐增大;合力作用点位置随挡墙位移形态的变化而改变;在典型鼓胀形变位模式下,土压力呈R形分布。     

组合扶壁式挡土墙结构设计及稳定性分析

扶壁式挡土墙作为一种轻型、柔性的挡土结构,具有方便施工和受力性能好等特点,但对支挡高度却有一定的限制。为此,本文以威海龙润国际项目为依托,提出一种新型的组合扶壁式挡土墙结构,并结合数值模拟方法对挡墙结构的受力特征进行了分析研究。结果表明：组合扶壁式挡土墙可有效提高抗倾覆抗滑移能力,将原有的肋板受力转变成箱体受力,提高了边坡的整体稳定;在满足组合扶壁式挡土墙最大基底压力的前提下,位于0.5H(挡墙高度)处的5.0m盖板宽度的弯矩最小,边坡稳定系数为1.62。现场监测结果得到挡土墙填筑及使用期间最大水平位移为18.3mm,验证了支护方案的合理性,可为今后同类工程的计算及设计提供一定的参考。     

重力式挡墙可靠度及其敏感度分析

基于挡墙的抗滑移、抗倾覆和地基承载力3个失效模式,提出了重力式挡墙可靠度和敏感度方法,并用matlab编制了相应计算程序,排序分析了3个失效模式下随机变量对重力式挡墙可靠度的敏感度。     

水平地震作用下加筋格宾挡土墙动力特性试验研究

通过大型的模型试验,研究了以红砂岩为填料在水平地震作用下加筋格宾挡土墙的动力特性。双绞合六边形金属格宾网由PVC包裹,并镀锌防腐,网面单元尺寸为80 mm×100 mm。输入地震波采用ELCE_NS地震波和HACHI_EW地震波,峰值分别为0.342g和0.183g。试验得出了加筋格宾挡墙在不同峰值的水平地震激励下的第一层、第三层、第五层墙顶面处的水平加速度、竖向加速度、水平动位移、竖向动位移峰值响应和沿墙高方向动应力峰值响应。通过对加筋格宾挡土墙的结构分析和抗震试验,可以得出加筋格宾挡土墙为优良的抗震结构,这为加筋格宾挡土墙的抗震设计提供依据。     

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。