挡土墙地震被动土压力的拟动力分析

对地震土压力的研究是地震区挡土墙安全设计的一项重要课题。地震条件下,目前的研究主要是给出了土压力的近似拟静力解析解。本文采用可考虑动力荷载下的周期和纵波及横波效应的拟动力方法,对挡土墙后的地震被动土压力进行分析。在挡土墙后平面滑裂面假设的基础上,考虑了水平和垂直向地震加速度、纵波速度、横波速度、挡土墙摩擦角、填土内摩擦角、填土坡角对地震被动土压力的影响。与Mononobe-Okabe理论的拟静力法不同的是,用本方法得出了沿墙身地震被动土压力是非线性变化的结果,这更符合地震条件下土压力的变化规律。     

地震与海啸作用下重力式岸墙旋转位移拟静力分析

被动状态下位移预测是挡墙地震工程设计中的关键,而岸墙后回填土的孔隙水压力对墙体运动具有一定影响。采用拟静力法计算墙后部分浸水土体的被动动土压力,根据静力水压力理论近似计算土颗粒里的动水压力;同时考虑地震荷载和海啸力的作用,根据力矩极限平衡确定旋转门槛加速度系数,采用旋转块体方法计算岸墙被动旋转运动下的地震位移。探讨回填砂土内摩擦角、墙体与土间摩擦角、地震加速度系数、回填土地下水位、海啸波浪高度等参数对旋转位移的影响。     

平面应变条件下基于弹性理论的土压力计算及适用性研究

针对工程中大量存在的平面应变问题,依据平面应变条件和广义胡克定律,基于SMP、Lade-Duncan、AC-SMP和广义Mises强度准则,推导出考虑中主应力及泊松比影响的无黏性土主、被动土压力计算公式,并将其扩展至黏性土,讨论基于各强度准则土压力计算公式的适用范围。结果表明：考虑中主应力对土强度的贡献后,基于各强度准则所计算的主动土压力均小于朗肯主动土压力,被动土压力均大于朗肯被动土压力;主动土压力P_a随着泊松比的增大而减小,被动土压力P_P随着泊松比的增大而增大,且泊松比越大,与实测数据更为接近;基于同一强度准则下得到的主、被动土压力适用的内摩擦角范围随着泊松比的增大而增大;基于各强度准则的土压力计算公式均能较好的描述挡土结构上土压力的大小,其中广义Mises强度准则计算结果与实际工程更为吻合,研究成果可为挡土结构上土压力的计算提供一定理论参考。     

刚性挡土墙后轻量土主动土压力特性模型试验研究

为了研究轻量土的主动土压力特性,通过开展大比尺刚性挡土墙模型试验,采用人工控制挡土墙位移的方式,分析轻量土作为墙后填土时的主动土压力分布规律。结果表明：轻量土的侧向土压力随着挡墙位移量的增加先降低后逐渐趋于稳定,侧向土压力在挡墙位移量为3 mm时初步达到稳定状态,对比发现轻量土的主动土压力显著小于重塑黄土,这表明轻量土可以有效降低墙背主动土压力。轻量土的主动土压力系数处于0～0.16之间,沿着挡墙分布较为稳定,而重塑黄土主动土压力系数介于0～0.57之间,显著大于轻量土的主动土压力系数。经朗肯理论值与模型试验值对比分析,发现轻量土的朗肯主动土压力小于试验值,理论值与试验值之间的绝对误差处于0～6.32 kPa之间,其在实际工程中可以忽略不计。鉴于模型试验中墙背与填土之间存在一定的摩擦,朗肯理论在计算轻量土的主动土压力时仍较为准确。通过模型试验研究和传统理论分析,揭示了轻量土的主动土压力特性,对于完善轻量土土压力理论具有重要意义。     

考虑地震作用下软土软化的土压力计算

对于地震作用下挡土墙的土压力,在以往的计算中仅仅把动荷载加于挡土墙上,或者将土的内摩擦角适当的减少,然后仍按静止土压力计算。本文通过动三轴试验研究软土在动荷载作用下强度变化规律,给出土体软化后强度的确定方法,推导考虑地震等动载作用下考虑土体软化的土压力计算方法,通过实例计算对比考虑软化后土压力和不考虑软化的土压力计算结果,研究成果可为考虑地震荷载及其他动载作用下土压力的计算提供依据。     

考虑地震作用下软土软化的土压力计算

对于地震作用下挡土墙的土压力,在以往的计算中仅仅把动荷载加于挡土墙上,或者将土的内摩擦角适当的减少,然后仍按静止土压力计算。本文通过动三轴试验研究软土在动荷载作用下强度变化规律,给出土体软化后强度的确定方法,推导考虑地震等动载作用下考虑土体软化的土压力计算方法,通过实例计算对比考虑软化后土压力和不考虑软化的土压力计算结果,研究成果可为考虑地震荷载及其他动载作用下土压力的计算提供依据。     

倾斜挡土墙后粘性土的地震主动土压力分析

文中考虑水平地震加速度、竖向地震加速度、卓越周期和墙面倾角的因素,运用拟动力学的分析方法,得到了考虑时间和相位变化的粘性土地震主动土压力系数、土压力合力和土压力分布强度的理论公式。在此基础上,分析了水平和竖向地震加速度系数、内摩擦角、墙面摩擦角对最不利工况下滑动面倾角、主动土压力系数、主动土压力分布的影响。研究表明:地震主动土压力分布为非线性;地震加速度导致粘性土的主动土压力大幅增加,增加的程度随着地震水平加速度系数的增大而增加。     

地震作用下非饱和土主动土压力极限分析半解析法

地震是诱发边坡失稳的主要因素之一,重力式挡土墙作为一种广泛采用的岩土支挡结构,有必要对其地震稳定性问题进行深入的研究.为有效评估地震作用下非饱和填土的主动土压力,基于极限分析上限原理和拟动力法,提出一种半解析水平片分法,计算具有非线性分布特征的非饱和土重力和地震惯性力所做外功率,并构建功能平衡方程,得到非饱和填土主动土压力显示半解析解.通过与解析解对比,验证该方法的合理性,并通过算例分析,揭示吸力效应的强化机制和非饱和填土主动土压力的地震响应规律.结果表明:忽略吸力效应会高估填土的主动土压力,吸力的强化作用不仅取决于填土类型,还与地震动特性密切相关;水平和竖向地震动对土压力有较大影响, 土压力系数峰值随土剪切模量的增加略有增加并向负方向移动,随地震周期的增加略有增加并向正方向移动;填土倾角较大时,坡顶附加荷载的影响更加显著;对于倾角大于100°的填土,墙G土界面摩擦角较大时,土压力相对较高.     

考虑填土侧向变形的地震土压力计算方法

地震土压力评价是挡土墙抗震设计的关键问题之一.以往的研究结果表明,挡墙上地震土压力的大小及分布与墙体的侧向位移或者墙后填土的侧向变形密切相关.经典的物部-冈部地震土压力公式可计算填土处于主动与被动状态的极限平衡条件下的土压力,未考虑挡墙侧向位移或填土侧向变形对土压力的影响.在研究土压力系数随应变增量比变化规律的基础上,本文指出土压力系数与挡土墙位移量之间不存在唯一性关系,发现正常固结填土的土压力系数与以应变增量比表述的填土侧向应变约束条件之间具有良好的唯一性,揭示了压剪耦合效应是土压力形成的物理本质;基于上述的唯一性关系和中间土楔等概念,提出了可考虑填土侧向变形的地震土压力实用计算方法,并通过土压力模型试验结果初步验证了该方法的合理性.     

地震荷载作用下被动侧土压力计算方法研究

地震土压力的评价是土力学和岩土工程领域的基本研究课题之一。以往的研究结果表明,挡墙的位移量和位移模式对于地震土压力大小和分布具有显著影响。实际工程中,地震荷载下挡土墙后填土通常处于主动和被动状态之间。经典的物部-冈部公式只能计算主动和被动极限状态下的地震土压力,未考虑填土的侧向变形对于土压力的影响。文中基于拟静力法和曲面中间滑楔体的概念,给出了挡墙平动模式时,任意侧向变形条件下的被动侧地震土压力计算方法。在此基础上采用所提方法对一典型的挡土墙系统的被动侧地震土压力进行了计算,给出了地震土压力系数的计算图表,并与基于平面滑动面假定的计算结果进行了对比,讨论了平面滑动面所导致的误差。     

海啸作用下滨水挡土墙抗震转动稳定性上限分析

地震诱发的海啸对沿海围护结构的破坏具有强度大的特点。滨水挡土墙作为重要的围护结构,海啸与地震的联合作用极易造成其发生绕墙踵的被动破坏。采用条分法,将土楔体分割成无数平行于破裂面的刚性土条,并建立绕墙踵转动的挡墙与刚性土条之间的速度容许场。基于极限上限理论,依据外力做功功率等于其内能耗散功率,推导了地震加速度系数的表达式。与经典极限平衡理论相比,该方法考虑了挡墙的位移模式,且无需假设地震土压力的作用位置。分析了浪高与海平面高度之比,内摩擦角φ及墙土摩擦角δ对滨水挡土墙稳定性的影响。     

岩石场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

结合汶川震区调查资料,利用大型振动台模型试验,分析了碎石土填料的岩石场地重力式挡土墙的地震土压力及其分布规律,并以此对我国现行铁路、公路抗震规范做合理性讨论和细化。研究发现,地震作用下,挡土墙的动土压力沿墙高呈单峰曲线状分布,且60%～80%集中作用于挡墙中部;随着地震峰值加速度的增加,地震土压力分布逐渐偏离现行振震设计规范所认为的三角形线性状,而呈现非线性状;合力作用点高于1/3墙高,0.4g地震加速度作用下,接近0.4倍墙高,对岩石场地下粗粒径墙背填料的地震土压力作用点高度,建议取0.35倍墙高。对比计算表明,现行规范能基本满足工程抗震设计需要,但建议对柔性挡土墙的抗震设计作出必要规定。     

在考虑惯性力情况下挡土墙后黏性填土主动土压力的计算

本文在已有研究成果的基础上,根据库伦土压力的计算原理,从滑动土楔处于极限平衡状态时力的平衡条件出发,考虑实际地震中对挡土墙稳定性最不利的情况,推导出了计算黏性土或无黏性土主动土压力的公式。该公式适用于均布荷载作用于挡土墙后任意位置。对地震多发区考虑水平惯性力作用下重力式挡土墙设计中土压力的计算具有一定参考价值。     

黄土湿载结构性模型在黄土边坡动力稳定性分析的应用

土的结构性是土颗粒空间排列和粒间粘结综合作用所表现出来的力学效应。在地震荷载作用过程中,天然土边坡的结构性参数主要体现应力和变形的共同作用,反映地震荷载作用过程中应力和变形的协调关系及结构性土的结构损伤过程(即抗剪强度参数的变化规律)。首先通过分析认为用结构性参数来定量判断地震荷载作用过程中黄土边坡的稳定性更具合理性,其物理意义更明确;其次通过分析黄土地区某一天然边坡在Ⅸ度地震烈度作用下的黄土边坡动力稳定性,验证结构性参数作为边坡稳定性分析判据的可行性,且这一方法能定量地确定边坡滑动面的位置及所对应的安全结构性参数。     

地震中整体面板式土工格栅加筋土挡墙动土压力研究

土工格栅加筋挡土墙是一种柔性挡土结构,目前尚未建立较严密的设计方法,作用在土工格栅加筋墙壁上的地震动土压力研究是抗震设计的重要内容之一。应用基于拉格朗日法的完全非线性动有限差分法研究整体面板式土工格栅加筋土挡壁在地震作用下各设计参数对挡壁动土压力的影响。采用弹塑性模型模拟填土,采用耦合弹性参数描述格栅与土接触界面特性,参数包括加筋间距、长度、刚度、地震强度和填土性质等,分析墙壁的动土压力沿墙身的分布特征,得出了影响地震动土压力的显著参数,证明了土工格栅加筋墙体的优异吸震能力,研究结果为整体面板式土工格栅加筋土挡墙抗震设计中的动土压力研究提供参考。     

地震作用下重力式挡土墙土压力特性数值模拟研究

重力式挡土墙在地震作用下的土压力特性一直是挡土墙设计的重要内容。本文通过数值模拟,在挡土墙墙背轴线上设置一系列监测点,得到地震过程中监测点的加速度、土压力强度时程曲线;然后根据时程曲线分析墙后土压力强度分布特征、根据土压力强度分布求出总土压力、根据总土压力求出其对墙趾的力矩;最后分别将土压力强度分布、总土压力、总土压力对墙趾的力矩与现有的研究方法及规范对比。结果表明:地震作用下墙背各点加速度峰值在同时刻发生,但土压力峰值不在同时刻发生;现有的一些研究方法未考虑土压力强度峰值时程变化,其结果比实际偏大;在低地震烈度条件下,规范计算的总土压力及倾覆力矩偏于保守,而在高烈度条件下则偏于危险。     

随机地震荷载作用下黄土动强度的试验方法

本文将APPLE—Ⅱ微机与国产动三轴仪联机,对黄土试样直接施加随机地震荷载时程进行动强度试验,提出了在随机地震荷载条件下,从黄土的动应力与积累残余应变关系曲线确定动强度的动三轴试验方法。进而用这种方法做出的动强度参数对1920年海原8.5级大震所引起的回回川黄土滑坡进行了反演,反演结果与宏观震害相符合。     

挡土墙地震主动土压力及其分布形式研究

物部理论认为地震主动土压力呈线性分布,而且作用点位于墙底以上1/3高度处,与实测结果相差较大。基于库仑土压力理论的平面滑裂面假定,根据挡土墙后滑裂土体的力矩平衡,引入了土体对地震的放大效应,提出了地震主动土压力作用点位置的确定方法,给出了地震主动土压力强度的理论公式,并分析了地震放大系数对地震主动土压力及其分布的影响。结果表明,如果不考虑地震放大系数,地震主动土压力值与物部理论的计算结果基本相同,可见物部理论是本文方法的一种特例;地震主动土压力作用点都位于墙底以上0.40~0.50倍高度处,与试验结果比较吻合,说明物部理论有待进一步完善;地震主动土压力强度是一种作用等价的非线性分布,沿墙高的分布形式接近于抛物线,最大值也不再恒定于墙底,在挡土墙的稳定性设计时应予以重视。     

土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

汶川震区路基挡土墙震害表明,地震动荷载作用下重力式挡墙的位移、破坏与基础场地形式有关,除岩质场地和土质场地挡墙所共有的外倾形式,土质地基挡土墙还表现有整体推移及下部向外推移的倾转变形等复杂模式,因此地震土压力大小及分布也将受到这种复杂土-结相互作用的影响。基于碎石土及风化花岗岩填料的土质场地重力式挡土墙大型振动台模型实验,对挡土墙地震土压力及变形模式开展了对比研究,发现在强震作用下,土质地基挡墙因基础约束较弱而产生位移,并伴随明显的墙—土分离现象,致使实测地震土压力较之抗震设计规范计算值偏小（0.4g峰值加速度下约小6%～15%）,但作用点高度变化不大。由实验结果与现行抗震规范计算值的安全系数对比,认为对土质场地挡墙的地震土压力计算,按现行国内抗震设计规范基本能满足实际工程抗震设计需要;对于地震区挡墙设计,在允许挡墙发生少量容许位移的前提下可采用内摩擦角较大、自稳能力更好的墙背填料以减少地震土压力。     

拟静力法公路路基结构抗震稳定性研究

中国是一个地震多发国家,特别是在中西部地区。地震的发生为偶然事件,发生频率并不大,但一旦发生所造成的破坏却是灾难性的,对于高等级公路也不例外。在以前的研究中,很少涉及路基填土的动力学特性以及路基结构在地震荷载作用下的稳定性,现行《公路工程抗震设计规范》对地震动力荷载作用主要是以区域地震烈度作为惟一的参考依据,没有考虑地震振动频率和地震持续时间等特性,因此无法真实反映路基结构在地震作用时的特性。针对以上问题,对路基结构的动力稳定性通过拟静力方法进行研究,对路基结构动力稳定性计算的拟静力公式进行了改进。对于挡土墙在地震荷载作用下挡墙加速度受到影响,在计算挡土墙土压力时考虑地震加速度分布系数的影响;对于路基通过引入加速度分布系数对地震惯性力进行了改进,并对路基边坡拟静力稳定计算的公式进行了改进。