整体刚性面板加筋土挡墙基频影响因素计算分析

作为一种柔性支挡结构,加筋土挡墙相较于传统重力式挡墙具有优越的抗震性能。由于结构在地震等动荷载作用下的动力响应大小与其自身的固有频率大小有关,因此,固有频率的研究显得尤为重要,特别是其最小值基频。以整体刚性面板加筋土挡墙为研究对象,分别用弹性地基梁模型、线性弹簧模型表示面板、填土及筋材,提出了一种加筋土挡墙固有频率计算方法。计算求得的基频值与既有瑞利能量法计算值具有较好的一致性。参数分析表明：填土中铺设筋材可以增大墙体的基频;对于加筋土挡墙,筋材长度以及筋材-填土界面摩擦系数对墙体基频影响较小;随着筋材竖向间距的增大,加筋密度对加筋土挡墙基频的影响逐渐减小;墙体基频随着面板宽度的增大先减小后增大;随着面板模量的减小,墙体基频趋于恒值。     

均布荷载下台阶式加筋土挡墙性能的试验分析

台阶式加筋土挡墙变形与力学特性尚待进一步深入研究。利用模型试验综合分析台阶宽度、上墙筋材长度和筋材层间距对两级台阶式加筋土挡墙性能的影响,试验结果表明:当台阶宽度由1.3H₁(H₁为下墙高度)减至0.4H₁、筋材层间距减小或上墙筋材长度增加时,挡墙顶部沉降明显减少,且墙顶极限承载力显著增加;台阶式加筋土挡墙水平变形受台阶宽度和上墙筋材长度的影响显著,顶部加载时以上墙中部“鼓肚”和下墙沿墙高逐渐增大为主;增加台阶宽度使上墙底部垂直土压力增加,而下墙靠近墙面侧垂直土压力显著减小,增加上墙筋材长度和减少层间距使垂直土压力向远离墙面一侧发展;顶部加载时台阶式加筋土挡墙滑动面始于加载板后缘,绕过上墙墙底承台并贯通于下墙顶部土体,其破坏模式以上墙深层滑动破坏为主。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了由加筋土挡墙屈服加速度系数表示的滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过对计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论:相较于单楔块法,二楔块法更能真实反映出墙体的实际破坏模式且计算出的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了由加筋土挡墙屈服加速度系数表示的滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过对计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论:相较于单楔块法,二楔块法更能真实反映出墙体的实际破坏模式且计算出的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

加筋黏性土挡墙长期工作性能的试验研究

基于加筋黏性土挡墙的长期工作性能试验,综合分析加筋土挡墙在回填、加载过程及加载后各阶段对格栅应变、面板变形及墙后土压力的影响,以及格栅应变受模型槽尺寸效应的影响。试验结果表明：顶部加载完成后格栅应变随时间增加而逐渐增大,约6个月后增加趋势变缓并趋于稳定;随着距面板距离的增大,筋材应变先增大后减少,随着时间增长,黏性土中格栅应变沿全长发展并均有相应增长;受模型槽挡板与填料间的摩擦以及加载板与模型槽间存在间隙的影响,靠近两侧挡板筋材的应变值要比中间测点小些;相同位置处挡墙后最大水平土压力监测值约为朗肯主动土压力计算值的2倍;竖向土压力最大值仅为考虑顶部载荷和自重后应力总和的1/3左右,表明格栅加筋使挡墙填土中应力得以重新分布。     

面板对路堤式加筋土挡墙力学特性的影响

加筋土挡墙作为一种新型的轻型支挡结构,广泛应用于公路、铁路、港口等工程中。随着加筋土挡墙技术的发展,面板的类型也越来越丰富。利用Plaxis有限元软件,对路堤式加筋土挡墙进行了二维有限元计算分析。针对墙背水平土压力、垂直土压力、挡墙侧向位移、筋材应变和挡墙稳定系数等计算结果的分析,探讨了3种类型面板（返包式面板、整体式面板和拼装式面板）对路堤式加筋土挡墙力学性能的影响。研究结果表明,垂直和水平土压力的数值计算结果均小于理论值;相比较与其他两种面板的加筋土挡墙,返包式面板加筋土挡墙筋材的应变最大;面板类型对于加筋土挡墙的整体稳定性几乎没有影响。研究成果为实际工程的应用提供了理论指导。     

填土相对密实度对加筋土挡墙的影响研究

自加筋土出现以来,由面板、筋材、填土组成的加筋土挡墙被广泛研究并应于道路、铁路等土建工程中。填土的压实对加筋土挡墙的变形、土压力及筋材拉力等影响显著。为研究填土相对密实度对加筋土挡墙的影响,进行了3组不同相对密实度的离心模型试验,通过试验数据分析得到以下结论：相对密实度越大,墙体变形越小,特别是加载期变形量;压实可增大面板附近土体约束,使水平土压力大于设计值;试验挡墙设计较保守,筋材填土界面摩擦系数小于设计值;筋材面板之间连接拉力分析表明,连接拉力实测值小于测试土压力。     

动载下土工格栅加筋桥台挡墙承载性能分析

为研究加筋土桥台结构在顶部条基动载作用下的动力响应问题,通过MTS伺服加载系统施加循环动载,开展室内加筋桥台挡墙动载破坏试验,对比分析3种格栅长度和3类格栅型式的加筋土挡墙沉降及面板水平位移、土压力、筋材应变等参数的分布规律,揭示加筋桥台挡墙的动力承载性能。试验结果表明：在循环动载下不同格栅长度及型式的加筋桥台挡墙破坏模式存在差异,M、A、B型格栅加筋长度 1.0H（H为挡墙高）的挡墙破坏模式均为冲切剪切破坏,A、B型格栅 0.7H和 0.4H的挡墙破坏模式为局部剪切破坏。加筋桥台挡墙面板侧移随筋材长度增加依次减小,A型格栅加筋土挡墙侧移系数总体上相比B型小。桥台挡墙因加筋格栅长度及型式不同导致动土压力衰减规律差异明显,当 1.0H时M型及A型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高呈抛物线函数模型,当 0.7H时,A型和B型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高皆呈指数函数模型。     

加筋土挡墙静动力学特性大模型试验研究

为了研究加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,分别设计了在静载和动载作用下的加筋土挡墙大模型试验,分析了加筋土挡墙的竖向土压力、挡墙面板变形、加载板沉降以及动力加速度等参数的分布规律。试验结果表明:静、动荷载作用下加筋土挡墙受振源荷载的水平影响范围约为0.16～0.54H(墙高),挡墙土压力均呈现水平方向上由振源中心向两侧减小的趋势;同时静动荷载下挡墙面板水平位移的主要影响范围为墙顶往下约为0.55H;加载前期加筋土挡墙内部结构是一个逐渐压密的过程,动荷载作用下加载板沉降量在整个逐级荷载值变化临界处随荷载值的增大呈斜坡“阶梯”式发展;筋土结构对加速度响应有着显著的消散作用,且随着离荷载作用点距离的增大而减小。     

加筋土挡墙静动力学特性大模型试验研究

为了研究加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,分别设计了在静载和动载作用下的加筋土挡墙大模型试验,分析了加筋土挡墙的竖向土压力、挡墙面板变形、加载板沉降以及动力加速度等参数的分布规律。试验结果表明:静、动荷载作用下加筋土挡墙受振源荷载的水平影响范围约为0.16～0.54H(墙高),挡墙土压力均呈现水平方向上由振源中心向两侧减小的趋势;同时静动荷载下挡墙面板水平位移的主要影响范围为墙顶往下约为0.55H;加载前期加筋土挡墙内部结构是一个逐渐压密的过程,动荷载作用下加载板沉降量在整个逐级荷载值变化临界处随荷载值的增大呈斜坡“阶梯”式发展;筋土结构对加速度响应有着显著的消散作用,且随着离荷载作用点距离的增大而减小。     

加筋土挡墙地震稳定性的拟动力分析

为研究不同筋材条件下加筋土挡墙地震稳定性,采用两种简化破裂面形式;由于拟静力法的局限和加筋土挡墙的成层特性,对水平和竖向地震力同时作用下的加筋土挡墙,运用拟动力法和水平条分法推导出其筋材拉力总和与临界破裂角的计算公式。算例分析结果表明,筋材拉力总和随着地震加速系数、回填土重度或者滑动体上部超载的增大而增大;随着土体内摩擦角或者填土黏聚力的增大而减小;当条件相同时,可延展性筋材所承受的筋材拉力总和大于不可延展性筋材所承受的。与拟静力法和规范中的方法比较,基于拟动力法的加筋土挡墙的设计也更加经济。     

Experimental study on seismic performances of geogrid striped-reinforced waste tire-faced retaining wallsEI北大核心

废旧轮胎胎面挡土墙是一种有效利用废旧轮胎的理想途径,但直立的模块式废旧轮胎胎面挡土墙不能承受高强度的地震作用,因而提出格栅条带式加筋的方法提高其抗震性能。根据土-结构动力相似体系,设计格栅条带式加筋废旧轮胎胎面挡土墙振动台试验模型,考虑地震强度、地震波、格栅加筋长度、格栅加筋间距以及墙面坡度的影响,分析胎面墙体与回填料加速度、墙体侧向位移、墙顶表面回填料沉降以及墙背动土压力等地震响应特征,并与无加筋的废旧轮胎胎面挡土墙的振动台模型试验进行对比。研究结果表明:格栅条带式加筋胎面挡土墙的方式显著改善了无加筋状态的胎面挡土墙的地震响应特征,提高了胎面挡土墙的抗震性能,格栅条带式加筋直立式废旧轮胎胎面挡土墙可以作为理想的墙体进行工程推广应用。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论：相较于单楔块法,二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式,且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

Reliability Based Earthquake Resistant Design for Internal Stability of Reinforced Soil Structures

This paper presents a method to evaluate reliability for internal stability of reinforced soil structures using reliability based design optimization. Using limit equilibrium method and assuming the failure surface to be logarithmic spiral, analysis is conducted to maintain internal stability against both tensile and pullout failure of the reinforcements. Properties of backfill soil and strength of the geosynthetic reinforcement are considered as random variables. For the seismic conditions, reliability indices of all the geosynthetic layers in relation to tension and pullout failure modes are determined for different magnitudes of seismic accelerations both in the horizontal and vertical directions, surcharge load and design strength of the reinforcement. The efforts have been made to obtain the number of layers, pullout length and total length of the reinforcement at each level for the desired target reliability index values against tension and pullout modes of failure. The influence of horizontal and vertical earthquake acceleration, surcharge load, design strength of the reinforcement, coefficient of variation of soil friction angle and design strength of the reinforcement on number of layers, pullout length and total length of the reinforcement needed for the stability at each level is discussed.     

Pseudo-static Analysis of Reinforced Earth Retaining Wall considering Non-linear Failure Surface

The seismic stability of reinforced earth has been investigated in this paper using pseudo-static method of analysis considering horizontal and vertical seismic acceleration with non-linear failure surface. The sliding wedge is divided into a number of horizontal slices to determine the strength and length of the geo-synthetic reinforcement for seismic internal stability of battered face rigid retaining wall supporting c-Φ backfill. Results are presented in graphical form representing the required length of geo-sythetic reinforcement under seismic condition to maintain the internal stability of reinforced soil. The influences of horizontal and vertical seismic acceleration, soil friction angle, cohesion, adhesion and wall inclination angle on the required length of the geo-sythetic reinforcement have been studied. From the present study it is seen that the required length of geo-synthetic reinforcement increases due to increase in the value of seismic accelerations.     

面板对加筋土挡墙影响的离心模型试验研究

加筋土挡墙因其特有的景观性能、协调变形性能而日益受到设计者青睐。面板作为加筋土挡墙的组成部分,对墙体的承载能力影响显著。针对现有设计规范无法考虑面板形式对结构自身力学变形特性的影响,设计并开展了整体式与分块式面板的离心模型试验。数据测试分析显示：整体式面板加载期的位移小于分块式面板位移;由于分块式面板位移较大,所以其水平土压力小于整体式面板土压力;加筋土挡墙面板底部存在应力集中现象;分块式面板筋-土界面的摩擦系数发挥值大于整体式面板数值,但两者均小于设计规范建议值;由于模型筋材长度较长并且连接件的存在,导致原型设计较为保守。