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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

地基条件对仰斜式挡墙地震响应影响及墙高限值研究

地基条件和墙高是影响挡土墙地震响应特征的重要因素。建立不同地基条件的仰斜式挡土墙有限元时程分析模型,以墙身外倾最大危险状态为最不利时刻,研究地基条件和墙高对挡墙动力响应及墙-土相互作用的影响特征,并以满足力学检算和墙身位移限值为出发点,提出同时考虑地基条件和地震峰值加速度PGA的仰斜式挡墙墙高控制建议。结果表明：岩质地基挡墙墙背动土压力沿墙高呈中部大、上下小的凸形分布,大震下土压力较中震时有小幅减小;基底反力呈墙踵为0、墙趾集中的三角形图式,且随PGA和墙高的增加踵部脱空趋势更为明显;土质地基挡墙因墙底地基土变形对墙后填土的牵连作用,填土跟随墙身运动的趋势加剧,墙背动土压力与PGA呈正相关并沿墙高近似呈线性分布,于墙底处最大;墙身往复摆动使踵趾端地基土体塑性变形较基底中部明显,基底反力峰值向中部转移;根据最不利时刻稳定性、承载力检算,考虑对墙身位移合理限制,提出地震区仰斜式挡墙的允许墙高在设防PGA不超过0.2g时为8 m, 0.4g大震下硬质岩地基挡墙可达8 m,软质岩地基挡墙不宜超过6 m,碎石土、砂质黏土地基挡墙不宜超过4 m。     

基于直接位移的回填EPS混合土挡墙抗震设计方法

EPS混合土(EPSCS)是一种具有轻质、高强、环境友好等优良工程特性的土工材料,作为挡墙回填土可大大减小墙背所受到的侧向土压力。为更好的理解回填EPS混合土挡墙的抗震性能,针对EPS混合土的特点,从性态分析角度出发,基于直接位移的设计概念(direct displacement based design,简称DDBD)提出一种适合回填EPS混合土的挡墙抗震简化分析方法。结果显示,由抗震性态设计理论所得到的土压力和墙顶位移与试验结果吻合较好;土压力需求曲线可用于判断墙后土体是否达到主动极限平衡状态,较好地预测回填土裂缝的出现;挡墙的需求曲线与能力曲线的交点为挡墙发挥最佳性能的状态,可用于回填EPS混合土挡墙的性态抗震设计。     

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。     

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。     

Static and seismic limit equilibrium analysis of sliding retaining walls under different surcharge conditions

The static and seismic sliding limit equilibrium condition of retaining walls is investigated, and analytical solutions for the angle of the active slip surface, the critical acceleration coefficient and the coefficient of active earth pressure are provided for different surcharge conditions. In particular, walls retaining a horizontal backfill without surcharge, walls supporting an extended uniform surcharge applied at different distances from the wall and walls supporting a limited uniform surcharge or linear uniform surcharge parallel to the wall are considered in the analysis.The solutions have been derived in the framework of the limit equilibrium approach, considering the effect of the wall through its weight, and accounting for the shear resistance at the base of the wall and the inertia force arising in the wall under seismic conditions.For the wall without surcharge the effect of the vertical component of the seismic acceleration as well as the effects of the inclination of the wall internal face and of the soil–wall friction were also investigated.The angle of the slip plane, the critical seismic acceleration coefficient and the coefficient of active earth pressure are given as functions of dimensionless parameters and the boundary conditions for the applicability of each solution are specified. The influence of soil weight, surcharge conditions and inertia forces on the active earth pressure coefficient is analysed.     

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。     

地震荷载作用下加筋土挡墙动力特性分析

利用有限元软件对加筋土挡墙在地震荷载作用下的动力特性进行模拟分析,重点分析其在不同加筋长度、加筋间距以及峰值加速度条件下的动力响应特性。通过有限元分析一个高6m、底部为基础土的加筋土挡墙在地震荷载作用下的行为,针对理想化墙体研究加筋土挡墙的某些动力特性。模拟计算结果表明加筋土挡墙的加筋长度、加筋间距以及峰值加速度的变化对其水平位移、沉降及受力有较大影响。采用长度大的加筋材料可以有效减小加筋土挡墙的水平位移,但这样将导致加筋拉伸荷载的增大,同时也将导致加筋土挡墙的隆起增大。峰值加速度的大小对加筋土挡墙的水平位移有很大影响,当峰值加速度增大时水平位移也随之增大,但并不呈线性增长关系。减小加筋间距会有效地限制加筋土挡墙面板整体的水平位移,但在一定范围内减小加筋间距也会使加筋区域内土体底部挡墙的水平位移出现相对增大的现象,因此通过减小加筋间距来限制加筋土挡墙的位移在一定程度上具有局限性。     

Experimental developments for studying static and seismic behavior of retaining walls with liquefiable backfills

The effects of earthquakes on cantilever retaining walls with liquefiable backfills were studied. The experimental techniques utilized in this study are discussed here. A series of centrifuge tests was conducted on aluminum, fixed-base, cantilever wall models retaining saturated, cohesionless backfills. Accelerations on the walls and in the backfill, static and excess pore pressures in the soil, and deflections and bending strains in the wall were measured. In addition, direct measurements of static and dynamic lateral earth pressures were made. In some tests, sand backfills were saturated with the substitute pore fluid metolose. Modeling of model type experiments were conducted. The experimental measurements were found internally consistent and repeatable. Both static and dynamic earth pressure measurements were determined to be reliable. It was also observed that for the test configuration adopted, a special boundary treatment such as the use of duxseal is optional. Static and seismic modeling of models were also successful, which indicated that the assumed scaling relations were essentially correct.     

Pseudo-dynamic active force and pressure behind battered retaining wall supporting inclined backfill

Knowledge of seismic active earth pressure behind rigid retaining wall is very important. Commonly used Mononobe–Okabe method considers pseudo-static approach, which gives the linear distribution of seismic earth force. In this paper, the pseudo-dynamic approach, which considers the effect of primary and shear wave propagations, is adopted to calculate the seismic active force. Considering the planar rupture surface, the effect of wide range of parameters like inclination of retaining wall, inclination of backfill surface, wall friction and soil friction angle, shear wave and primary wave velocity, horizontal and vertical seismic coefficients are taken into account to evaluate the seismic active force. Results are presented in terms of seismic coefficients in tabular form and variation of pressure along the depth.