加筋土边坡地震稳定性动点安全系数分析方法

对于地震作用下的土工合成材料加筋土边坡,边坡内部结构的动力响应十分复杂,按照已有的安全系数的方法评价比较困难。结合安全储备系数的原理,并考虑到水平方向和竖直方向地震荷载的共同作用,提出求解加筋土边坡地震稳定性的动点安全系数时程分析方法。在理论分析的基础上,分别定义加筋土边坡土体、土工合成材料和筋-土界面的动点安全系数,并建立数值模型。根据所定义的动点安全系数,在计算过程中使用开发的计算工具对动力响应过程中的动力特性数据进行记录、计算和存储,得到加筋土边坡数值模型在地震荷载作用下的动点安全系数。分析结果表明：动点安全系数时程分析方法具有良好的工程适用性;动点安全系数时程分析方法对复杂的加筋土边坡工程进行的地震稳定性分析考虑了加筋土边坡不同结构的综合稳定性,比现有的分析方法更明确地反应出加筋土边坡工程中相对薄弱的结构,对加筋土边坡工程的抗震设计提供一定参考价值;相比水平方向的地震,竖直方向的地震作用对加筋土边坡中筋材和筋-土界面的稳定性影响较大,但对加筋土边坡土体稳定性影响较小。     

双向循环荷载作用下砾石−格栅界面动力剪切特性

在动荷载作用下,加筋土结构中筋土界面不仅会受到水平循环剪切作用,还会受到循环荷载的压缩作用。采用大型直剪仪对双向循环作用筋土界面动力剪切特性进行研究,探究不同循环法向荷载频率、水平循环剪切频率和法向荷载波形对界面剪切强度的影响。结果表明：当循环法向荷载频率和水平循环剪切频率一致时,峰值剪切应力和最大竖向位移随着频率的增加而增加,前后半周期剪切应力和位移曲线时间差均相同;反之,滞回圈应力−位移关系和竖向位移会由于双向循环荷载频率的不同呈现两种不同形态特性;正弦波法向荷载作用下剪切应力和竖向位移最大,而斜波和方波荷载作用下,滞回圈和竖向位移变化曲线较三角波和正弦波差别较明显;剪切刚度随着双向循环荷载频率的增大而增大,正弦波作用下界面剪切刚度最大,斜波作用下界面剪切刚度最小。     

基于抛物索理论的加筋土调整不均匀沉降研究

由于固结沉降、降雨或地震等作用,在软土或新老地基结合处,不均匀沉降现象是一种常见的工程病害,采用加筋土结构来调整不均匀沉降是工程上常用的处理措施。然而,现阶段关于加筋土结构在不均匀沉降条件下筋材变形规律的理论研究尚少,且工程实践往往先于理论研究。为完善并简化加筋土结构的设计理论,以加筋土结构中筋材变形为研究对象,在基于抛物索理论的基础上,提出了一种在不均匀沉降下加筋土结构筋材变形的计算方法。通过室内模型试验并结合理论分析初步验证了该计算方法的可行性和准确性。该方法计算简便,不需要反复的数值模拟,计算结果能够满足实际工程的精度需要,对进一步完善加筋土结构设计的计算理论具有一定的意义。     

地震作用下返包式加筋土挡墙数值模拟

返包式加筋土挡墙是一种柔性面板挡墙,因其良好的地基适应性及地震安全性广泛应用于交通、市政和水利等诸多领域中。本文使用FLAC^3D数值模拟程序对返包式加筋土挡墙墙面坡度、土工袋填料及筋材强度进行了抗震性能研究。研究结果表明：当墙面坡度<1∶0.30时,墙后侧向土压力分布均匀且数值较小,近似于一条竖向直线;当墙面坡度≥1∶0.30时,墙后侧向土压力分布规律一致且符合朗肯土压力理论。因此,当墙面坡度<1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土边坡进行设计;当墙面坡度≥1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土挡墙进行设计。土工袋填料种类对返包式加筋土挡墙地震动力响应几乎没有影响,在抗震设计时可不考虑其对挡墙的影响。筋材强度越高,返包式加筋土挡墙抗震性能越好,但筋材强度与挡墙的抗震性能不成正比例,由于加筋土结构的"加筋作用饱和"现象,大幅度提升筋材强度并不会使挡墙的抗震性能得到大幅度提升;因此,工程中在保证筋材强度达标的前提下需注意经济性。     

地震作用下锚固岩质边坡动力响应研究进展与展望

锚固岩质边坡具有良好的抗震效果,为深入了解其地震动响应机制,系统梳理了地震荷载下锚固岩质边坡动力响应的国内外研究文献,论述了地震作用下岩质边坡-锚固结构体系动力特性、锚固岩质边坡动力稳定性及其动力响应影响因素.基于现有研究成果,未来可进一步分析强震或频发微震等不同地震荷载形式下的锚固岩质边坡动力演化模式;借助基于演化模式的锚固岩质边坡地质力学模型,明晰地震荷载传递规律、锚固结构力学演化特征与锚固岩质边坡动力响应特性,综合揭示岩质边坡-锚固结构体系地震动耦联作用机理;开展具有大塑性变形能力的新型抗震锚固结构设计关键技术的创新、集成与标准化,并建立新型抗震锚固结构关键技术应用示范区.      

地震作用下加筋土挡墙水平位移分区计算理论

在地震作用下,加筋土挡墙作为一种柔性结构,常因水平位移过大影响其正常使用,因此,提出一种有效的解析方法来计算加筋土挡墙在地震作用下的水平位移显得尤为重要。基于动力作用下墙后填土的不同运动特性,将地震作用下加筋土挡墙水平位移进行分区计算,并讨论了不同区域影响土体位移的关键因素。分别以Mindlin位移理论和拟动力法为基础,以筋土无相对位移为前提,提出了地震作用下不同区域位移的计算方法,并分析了未考虑筋土相对位移对计算结果的影响。该方法通过离心模型试验得到进一步验证,可用于大多数加筋土挡墙的地震动力分析中,可为加筋土挡墙的动力设计和稳定性分析提供一定的依据。     

交通荷载作用下软基加筋道路变形机制研究

为研究交通荷载作用下考虑软土软化效应的软土地基加筋道路动力响应问题,以室内动三轴试验为基础,通过回归分析得到了软土在循环荷载作用下动模量衰减的经验公式,编制了用户子程序。将该公式导入有限元分析软件中,采用有限元对软基加筋与不加筋道路在交通荷载作用下的动力响应进行了对比分析,研究了软基加筋道路的作用机制。结果表明,软土的软化特性对软基加筋和不加筋道路的动力响应有明显影响;加筋的效果随着荷载作用次数的增大而逐渐变大;加筋可以约束土体的水平变形,减小道路的整体沉降和不均匀沉降以及减小交通荷载影响软土地基的深度。     

挡土结构物随机地震响应分析及动力可靠度研究

本文提供了一种简单的确定性数值方法,来分析在平稳随机地震荷载作用下的结构随机地震响应及动力可靠度。该方法基于有限元动力分析软件,以单位加速度脉冲函数作为地震荷载的输入,当计算出结构的脉冲响应函数后,再运用傅立叶变换得到随机激励和结构响应之间的传递函数,由此来计算结构的均方根响应和峰值响应。基于此方法,分析了挡土结构物在平稳随机地震荷载作用下的位移、弯矩、基底水平合力、基底竖向合力以及沿墙高的土压力极值的随机地震响应及动力可靠度。从分析结果可以看出:用Kanai谱模型的计算值比欧进萍谱模型的计算值更趋保守,而把响应过程当作马尔可夫过程似比泊松过程更精确。     

筋-土界面力学特性的水平循环剪切试验研究

加筋材料与土界面力学特性是加筋土结构设计和稳定性分析的重要依据。在大型多功能界面剪切仪上,进行了土工格栅和标准砂界面的水平循环剪切试验,分析循环荷载作用下筋-土界面力学特性,研究循环荷载特征对界面剪切力和法向位移的影响,探讨水平循环荷载作用下筋-土相互作用规律。结果表明,随循环次数增加,剪切力-位移关系曲线逐渐重合,剪切力峰值变化不明显,界面剪切模量增大并趋于稳定;循环剪切位移幅值和剪切速率对剪切强度的影响不明显,但对试样法向位移有较大影响;水平循环剪切过程中试样发生明显的法向位移,加筋可有效限制试样的竖向变形。     

土工格栅横肋对加筋砾石强度与变形特性的影响

土工格栅广泛应用于各类加筋土结构工程实践,在这些实际的加筋土结构中,加筋土体一般处于平面应变状态。为了更详尽地描述平面应变状态下土工格栅加筋土的复合力学性状,加深对土工格栅加筋机制的认识,通过以砾石和具有不同横肋数量的土工格栅为研究对象,进行大型双轴压缩试验,探究了平面应变状态下土工格栅横肋对加筋土强度和变形特性的影响。试验结果表明:土工格栅显著提高了加筋土试样的最大轴向应力,最大轴向应力随土工格栅横肋数量的增加而增大;基于数字图像相关(DIC)技术,获得了同一围压下未加筋土和各加筋土试样土颗粒的位移和旋转情况,直观地展现了土工格栅的加筋效果;加筋土试样中土工格栅在双轴压缩荷载作用下的纵向拉伸应变分布规律呈现中部最大、朝格栅试样两端递减的规律;在相同轴向应变条件下,上层格栅的拉伸应变略大于下层格栅的拉伸应变;在相同轴向应力作用下,土工格栅的纵向拉伸应变随横肋数量的增加而减小。     

高速列车振动荷载作用下马蹄形断面隧道动力响应特性分析

为了研究马蹄形隧道在高速列车振动荷载作用下的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,以时域、频域分析为基础,采用频率响应函数和峰值振动加速度作为评价指标,分析了列车时速分别为300 km/h和350 km/h的单点振动荷载作用下的隧道结构动力响应规律。通过FLAC^3D计算软件建立三维数值模型,研究了高速列车移动荷载作用下隧道结构的动力响应特性。研究结果表明:在列车振动全频域扫频荷载作用下,隧道结构内部的动力响应不是沿隧道环向逐渐衰减,而是仰拱到拱脚处的响应出现一定的衰减,但拱腰到拱顶处却呈现出增大趋势;在40~200Hz频率范围内,圆形断面隧道结构的动力响应小于马蹄形断面隧道结构的动力响应,平均差值约为3.8 dB,表明隧道的断面形状对其结构的动力响应影响较大,在设计时应予以考虑;在列车移动荷载作用下,各监测点的加速度响应表现出明显的周期效应,列车经过时动力响应显著增大;移动荷载作用下隧道结构的峰值振动加速度较单点振动荷载作用下均有不同程度的增加,因此在研究列车振动荷载诱发的动力响应特性时应考虑列车的移动效应。     

冻土动力学研究的现状及展望

随着我国"一带一路"倡议发展主线的逐步开展,寒区交通运输工程必将得到广泛的建设。为确保寒区工程构筑物在动荷载作用下的长期稳定,对冻土动力学相关理论与实践问题的研究迫切地需要做出解答。冻土动力学主要研究的是动荷载作用下冻土的强度、变形和稳定性问题。通过归纳和总结,阐述了冻土动力学在动力学参数、动强度、动应力-应变关系、动蠕变特征及蠕变模型、冻土场地地震反应特性、冻土区桩基结构动力特性、列车荷载下冻土路基的动力响应等7个方面的研究进展及成果,并结合各方向的发展趋势进行了展望。     

土工格栅加筋砂土地基大模型动载试验研究

为了研究土工格栅加筋砂土地基在动力荷载作用下的受力变形特性,利用自行设计的300 cm×160 cm×200 cm（长×宽×高）大比例地基模型试验装置,分别针对纯砂地基、土工格栅加筋地基进行了静动荷载破坏试验。分析地基承载力及基础沉降、地基土压力、动力加速度响应、土工格栅应变等参数变化规律,揭示了动力荷载作用下加筋砂土地基的承载力和变形特征,并对比分析静、动荷载对加筋地基承载性能的影响。试验结果表明,与纯砂地基相比,格栅单层加筋地基的承载力提高1.12倍,地基基础中轴线处沉降量减少24%,加筋土体的抗变形能力得到很大提高;加筋作用改变了地基的破坏模式,动载作用下纯砂地基为冲剪破坏而加筋地基为整体剪切破坏;筋材的存在对地基土压力及加速度峰值分别有明显的扩散作用和衰减作用,可有效降低在动力载荷下筋土的瞬态变形。     

地震作用下边坡稳定性分析

考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,利用动力有限元时程分析方法对边坡在地震荷载作用下的动力特性进行了分析,采用最小平均安全系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析,对某具体工程实例计算结果表明该分析方法的可行性,可为地震作用下边坡工程设计工作提供一些有益的参考。     

地震作用下复合地基-筏板-上部结构相互作用体系的动力弹塑性分析

基于复合地基-上部结构相互作用的静力分析已取得一定的研究成果,但其在动力荷载作用下,特别是地震作用下的动力响应却相当匮乏。首先借助有关试验通过ABAQUS和EERA的模拟分析,验证了基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型能较好地反映土体非线性动力特性以及采用有限元与无限元耦合的方法对土体无限边界的模拟。在此基础上,针对实际问题建立了刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,对其进行动力弹塑性时程分析,并讨论了该复合地基与桩基对地震响应的差异。深入研究了不同强度地震作用下,刚性桩复合地基的工作机制,包括桩体、褥垫层、筏板的动力响应以及上部结构的地震反应和抗震性能。结果表明,小震时褥垫层基本没有减震效果,大震时复合地基的抗震性能优于桩基。地震越强烈,减震效果越明显,但作用有限,减震系数一般在0.8以上,可为工程实践提供参考。     

土动力学与岩土地震工程研究进展

指出了土动力学与岩土地震工程领域课题的特点与研究方法,并从土的动力特性与本构理论、动荷载作用下饱和土的液化、岩土体的地震变形与稳定性分析、土与结构动力相互作用、数值分析方法、物理模型试验与技术6个方面评述了国内外研究进展与发展趋势,建议了应着重研究的学科前沿与关键科学问题,希望能对今后的科研工作有一定的启迪作用     

三向土工格栅筋土界面及摩擦特性的离散元模拟

为研究筋土界面细观结构演化并定量评价格栅摩擦特性对加筋性能的影响,建立三维离散元模型,运用“clump”较真实地模拟了三向格栅的增强型节点。通过分析拉拔荷载下界面内颗粒及筋材的力学响应,并将其与前人模型试验及理论分析结果进行对比,验证了文中模型的准确性,得出了局部孔隙率以及配位数等细观参数的变化规律。分析格栅表面摩擦系数参数发现,表观黏聚力与摩擦系数具有正相关性,当摩擦系数达到一定值时摩擦角不再增长。统计结果表明,宏观上界面强度提高可归因于细观上的组构优化。分析筋土界面采用的方法和所得的结果可为加筋土结构机制分析提供新的认识。     

动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置研制与应用研究

动力扰动是导致岩石结构面滑动失稳进而触发地震、岩爆等强动力型地质灾害的重要诱因。为研究动力扰动作用下岩石结构面力学响应及其活化致灾机制,自主研制了动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置。该装置主要包括用于施加准静态荷载、多种法向边界条件、复杂波形宽频率动力扰动荷载（0.5～50 Hz）及宽频剪切速率（0.000 1～10 mm/s）的法向和切向加载系统,施加冲击动力扰动荷载的摆锤冲击系统,开展循环往复剪切试验的剪切盒,数据采集和控制系统。通过控制软件编程,可开展不同剪切速率下恒定法向荷载、恒定法向刚度、卸法向荷载、变法向刚度和动态法向荷载条件下岩石结构面单调或循环剪切试验,静载叠加动载剪切试验,速率和应力阶跃试验和摆锤冲击剪切试验等。应用该装置开展了初步的试验研究,验证了试验过程中该装置具有良好的稳定性和准确性。该装置的研发对认识动力扰动作用下岩石结构面的响应特征,深入理解地震、岩爆等强动力型地质灾害的岩石结构面活化失稳触发效应及致灾机制具有重要的科学意义和工程价值。     

车辆荷载下路基挡土结构失稳机理数值模拟

随着公路交通流量增加及超载车辆增多,路基挡土结构变形或失稳现象时有发生。结合山东省荷泽市人民路公铁立交桥加筋土挡土墙失稳问题,在分析车辆动载效应的基础上采用FLAC有限差分方法对车辆动荷载下路基挡土结构失稳机理和变形破坏过程进行详细分析,认为路面动载荷对墙体的作用过程与时间及空间位置有关,筋体变形叠加及破坏导致墙体失稳,挡土结构变形破坏内在机理包括墙体上部的劈裂张开和中下部的共轭剪切体水平方向挤出。同时,对不同高度挡土结构失稳形式、非对称动载荷条件下挡土结构的失稳特点进行了全面分析。基于动载荷的特点及挡土墙墙体和筋体的缺陷,认为失稳加筋土挡土墙的加固必须同时考虑控制变形破坏和增加土体强度的措施,实现内外结合、点面兼顾的综合治理。所得结论为类似失稳路基挡土结构加固方案和综合治理措施的确立奠定科学基础。     

某机场飞行区土工格栅加筋高边坡优化设计

土工格栅加筋土边坡是一种新型的边坡支护结构,对于提高边坡稳定性、节约工程用地、保护生态环境意义重大。为了对机场加筋高填方边坡加固方案进行优化设计,本文以某机场跑道西北角的6#高填方边坡为例,首先基于边坡的地质条件和高填方边坡的实际情况,提出3种不同边坡坡率的加筋土边坡设计方案;其次采用简化Bishop法、Spencer楔形体法以及Morgenstern-Price法分别计算在天然、暴雨以及地震工况下的边坡稳定系数;最后利用有限元法分析3种加固方案下的加筋土边坡在天然工况下的变形特征以及筋材轴力分布规律。结果表明:3种设计方案在天然、暴雨以及地震工况下均能满足边坡稳定性要求,贴坡填筑的多级加筋土边坡的筋材轴力分布规律沿着竖向呈现锯齿状分布,最大筋材轴力在每级边坡的坡脚处突变增大。与加筋土缓坡（坡率1∶1.5）设计方案相比,加筋土挡墙（坡率1∶0.25）在坡高、筋材使用量、护坡面积以及挖填方量等方面均有明显减小。综合考虑稳定性、工程造价以及施工周期,采用加筋土挡墙的设计方案更合理。