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。     

考虑结构性和主应力轴偏转的黄土填料挡土墙地震被动土压力研究

针对黄土地区现有的地震荷载作用下挡土墙土压力计算方法中的不足,进行了4个含水量和3个围压的平面应变试验,首次建立了平面应变强度参数与结构性的关系,扩展了被动状态下考虑应力主轴偏转的粘性土侧土压力系数计算公式,采用水平微分层分析方法,提出了一种地震作用下同时考虑黄土结构性和主应力轴偏转的挡土墙被动土压力计算方法。参数分析结果表明平面应变条件下地震被动土压力均大于三轴条件下,结构性土地震被动土压力大于无结构性土,墙土面有摩擦时地震被动土压力大于墙土面光滑时;地震被动土压力随水平和竖向地震加速度系数的增大而减小、随摩擦角、均布荷载、墙土摩擦角、粘聚力、构度指标的增大而增大。黄土地区地震被动土压力计算应综合考虑平面应变强度参数、结构性和墙土摩擦效应的影响。     

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。     

超深厚覆盖层中深埋细粒土动力变形和强度特性三轴试验研究

土石坝（超）深厚覆盖层中的深埋细粒土难以完全挖除（换填）,其在地震作用下的动力变形特性和强度特性是科研设计人员关注的问题。本文进行某大型土石坝工程超深厚覆盖层地基中的深埋粉砂层土动力特性三轴试验,研究其在地震荷载作用下的动力变形与强度特性,并为大坝—地基系统动力分析和抗震设计提供基础资料。研究表明：试验土料最大动剪模量和平均有效应力在双对数坐标中呈良好的线性关系,不同围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线可以采用参考剪应变的方式进行归一,可用试验确定特定围压力条件下的模量衰减（阻尼比增长）曲线外延推求任意围压力条件下的相应曲线;试验土料在地震荷载作用下的动强度特性主要受土体密度、固结条件和围压力条件等控制,当土体处在不等向固结状态时,不同动力破坏标准下确定的土体动强度特性参数差异较大。     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同加载方式下黄土累积变形特征研究

土体动力特性主要与其受力状态、土体加载类型、试验控制方式以及荷载等参数有关。以往非饱和黄土累积变形试验研究通过单向动应力加载方式开展相关研究,并不能真实反映土体受力状态。现运用WF-12440型动三轴-空心圆柱扭剪试验系统,通过单向荷载和双向荷载两种不同的动应力加载方式,进行黄土的长期重复载荷试验,对比不同动应力加载方式对非饱和黄土累积变形发展特征的影响。试验结果发现：黄土在单向荷载或双向荷载作用下,其软化指数均随着循环次数的增加,呈非线性减小的趋势,在相同循环振次时,土体软化指数随着动应力幅值的增大而减小;黄土在不同加载方式作用下,软化指数减小速率在循环振次100次以内较快,后期随振次增加,土体软化速率逐渐趋于平稳;黄土在双向荷载作用下,当轴向动荷载较小时,径向荷载的施加,将加速黄土的软化程度,随着轴向动荷载的增大,径向荷载对黄土软化的影响逐渐减弱,其对于黄土变形的影响存在一临界轴向循环动应力。本研究的开展,可更准确地进行不同荷载耦合变化下,黄土场地震陷评估或路基土体变形计算,实现有效控制路基的整体稳定和工后沉降量,以期根据路基土参数预测后期沉降,极具重要的科研和工程意义。     

一种计算地下结构地震主动土压力的新方法

针对目前地下结构地震土压力设计方法的研究现状,介绍了计算挡土墙地震主动土压力的物部·冈部公式及浅埋隧道谢家然围岩压力理论。并结合物部·冈部公式、谢家然理论提出了一种适用于计算地下结构地震土压力的新方法。该方法基于极限平衡理论,根据谢家然理论提供的滑裂面参数构造了滑动土体,采用物部·冈部公式计算了滑动土体作用在地下结构边墙上的地震土压力。最后结合工程实例,将本文方法与其它计算方法进行了比较,评价了该计算方法的优缺点。     

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。     

地震荷载作用下带裂纹重载铁路隧道的动态断裂

在隧道的施工和运营中,隧道衬砌不可避免会产生裂纹。裂纹和地震荷载的相互作用将加剧隧道的破坏,因此研究带裂纹隧道衬砌地震荷载作用下的破坏具有重要的意义。为了证明本文二维有限元数值模拟计算结果的正确性,首先用相互作用积分的方法计算动载作用下的静态裂纹,并与解析解进行比对,发现二者的吻合性很好。计算结果表明相互作用积分法可以用来精确地计算动载作用下带裂纹结构的动应力强度因子。用这种经过验证的方法来计算带裂纹重载铁路隧道衬砌的动应力强度因子和动承载力安全系数,可以看出在地震荷载作用下,I型裂纹的动应力强度因子在隧道结构的安全中起控制作用。当裂纹的长度大于某特定值时,隧道处于很危险的状态。     

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。     

卵石土场地地震反应特征振动台试验研究

为研究卵石土场地地震反应特征,基于四川成都典型卵石土场地,通过振动台模型试验研究卵石土场地在不同地震波、不同地震强度激励下的加速度峰值放大系数、加速度频谱反应及动土压力反应,并且对其场地地震反应非线性效应及土体动剪应力-动剪应变关系进行分析。结果表明：卵石土场地表层土层对地震波具有明显的放大效应,加速度峰值放大系数介于1～1.4之间,下部土层放大效应较小,加速度峰值放大系数介于0.9～1.2之间。卵石土场地对地震波具有低频放大,高频滤波的作用,滤波频率上、下限随激励强度的增大逐渐向低频方向移动。激励强度较小时,土体尚未破坏,动土压力在地震过程中逐渐增大;随着激励强度的增大,动土压力反应明显增大,表现出骤减后逐渐增大的现象。在激励强度较小时(SN1),中部土体最先进入非线性反应阶段,地震波在中部土层能量损耗最大;激励强度较大时(EL3),土体均发生了较大变形,土体最大动剪应变达到1.7%,此时卵石土场地对地震波的放大作用明显减弱。     

地震荷载作用下饱和粉土地基液化深度试验研究

对地震荷载作用下不同深度饱和粉土地基的液化特性进行研究,通过室内动三轴试验研究地震荷载作用下饱和粉土地基的最大可液化深度,试验中通过对给定不同应力幅值动荷载作用下饱和粉土的液化特性进行研究,得到不同地震烈度下不同深度土体的动剪应力比与破坏振次关系曲线,进而结合地基液化判别公式判断不同深度饱和粉土在不同地震烈度下是否发生液化。研究成果为高烈度地区确定抗液化措施及处理深度提供了依据。     

地震荷载作用下饱和粉土地基液化深度试验研究

对地震荷载作用下不同深度饱和粉土地基的液化特性进行研究,通过室内动三轴试验研究地震荷载作用下饱和粉土地基的最大可液化深度,试验中通过对给定不同应力幅值动荷载作用下饱和粉土的液化特性进行研究,得到不同地震烈度下不同深度土体的动剪应力比与破坏振次关系曲线,进而结合地基液化判别公式判断不同深度饱和粉土在不同地震烈度下是否发生液化。研究成果为高烈度地区确定抗液化措施及处理深度提供了依据。     

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。     

土动力学研究综述及思考

随着国家重大构筑物的不断建设实施,考虑土体具有较高的动力易损性和致灾特性,工程构筑物的工程地质灾害和岩土工程动力致灾特性研究需要愈显迫切。通过对当前土动力学与岩土地震工程方面研究进展进行归纳总结,着重从土的动力强度、土的动本构关系、砂土的振动液化、铁路路基中的动应力、边坡地震永久变形和稳定性、挡土墙上的地震土压力等六个方面进行叙述,对其中涉及的各种研究方法进行比较和论述,最后提出了土动力学有待进一步深入研究的若干问题和未来发展方向,以期基于土动力学的发展而提升构筑物的抗震设防水平。     

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。     

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.