基于拟静力法的加筋土挡墙地震永久位移计算

目前加筋土挡墙的抗震设计常采用拟静力学法结合极限平衡理论的计算方法,而极限平衡理论建立在诸多假设条件之上,没有考虑屈服准则及流动法则,因此采用极限平衡法研究加筋土挡墙的稳定性存在一定的不足。因此,本文基于极限分析上限定理,结合Newmark理论,计算加筋土挡墙的外力功率和内能耗散率,构建地震荷载作用下加筋土挡墙加固边坡达到稳定对应的地震屈服加速度计算公式,运用数学优化的方法进行求解,进而得出地震作用下加筋土挡墙的永久位移计算公式。通过算例分析,进行本研究方法的验证和展示,研究结果揭示了加筋土挡墙边坡稳定性与土体内摩擦角、粘聚力、水平加速度系数的相关关系。     

地震条件下模块式面板加筋土挡墙面板连接稳定性研究

地震作用下模块式加筋土挡墙极易发生墙面模块脱落破坏,针对模块面板与筋材的连接稳定问题开展理论分析,用于模块式加筋土挡墙面板连接抗震安全设计。基于极限平衡法,通过考虑筋材与面板间的连接强度和连接抵抗力,提出了地震条件下面板连接稳定性分析方法。运用本文提出的方法进行了一系列参数分析,研究了水平地震力、竖向地震力、加筋间距以及墙趾阻力等因素对面板连接稳定性的影响。研究结果表明：水平和竖向联合地震作用极易导致加筋挡墙面板连接破坏,减小墙趾阻力和增加加筋间距使加筋挡墙面板净连接力减小,且对挡墙下部筋材更加显著。因此,加筋土挡墙抗震安全设计需要注意近断层场地中竖向地震作用,同时加筋间距不宜过大。     

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。     

高烈度区重力式挡墙基于性能的抗震设计方法研究

介绍基于性能抗震设计的核心理念,以支挡结构震害调查分析为背景,阐述开展高烈度区重力式挡墙基于性能抗震设计研究的必要性;构建重力式挡墙基于性能的抗震设计框架,归类分析现行规范与基于性能抗震设计的关键技术问题;依据支挡结构震害调查及大型振动台模型试验,提出位移指数可作为衡量挡墙抗震性能的量化指标,确定重力式挡墙基于性能抗震设计的性能准则及流程;经对比计算基于性能与规范抗震设计的挡墙算例,显示基于性能抗震设计的优越性,为高烈度区重力式挡墙基于性能抗震设计的工程应用提出建议。     

基于位移的模块式加筋土挡墙抗震设计方法研究

性态设计是支挡结构工程抗震设计的前沿科学问题。以模块式加筋土挡墙为试验对象,通过振动台试验,探究模块式加筋土挡墙的变形模式;收集归纳挡土墙位移计算方法,分析不同破坏模式下屈服加速度系数分布规律;对比不同计算方法计算值与实测值的一致性。研究结果表明：挡墙的位移模式为平移与转动耦合,且以转动为主;不同破坏模式下安全系数法求解的屈服加速度系数均随输入加速度幅值增大而减小,简便方法和能量法所得屈服加速度系数为常数;将屈服加速度系数代入不同位移计算方法对比,提出在不同峰值加速度时,可分别采用Richards and Elms上限法(0.4g以下)、Cai and Bathurst平均上限法(0.4g～0.6g)、Newmark上限法(0.6g～0.8g)、Whitman and Liao平均拟合法(0.8g～1.0g)进行位移计算。最后,对模块式加筋土挡墙的抗震设计流程进行归纳。     

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。     

某桥梁桩基础的抗震计算研究

当前桩基础的抗震设计仅采取构造措施来保证其抗震性能,有可能会过高或过低地估计桩基础的抗震性能。针对某桥梁桩基础的抗震设计,建立全桥的三维有限元模型,计算在桩-土-结构共同工作情况下桩基础的地震响应,通过输入不同地震波来进行对比分析,并对结果进行复核,得出:(1)桩身内力响应与所输入地震动的频谱特性有关,桩身沿横桥方向的内力最大;(2)对于该场地的桥梁桩基础,桩-土-结构共同工作的有限元分析结果与m法结果差别不大;(3)当承台埋深为0时,桩身内力基本都偏大,要对承台侧土体做相应的加固处理。     

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。     

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。     

高层建筑转换梁上短肢剪力墙抗震试验和分析

本文依据实际工程的背景,通过高层建筑转换梁上的两个短肢剪力墙试件的拟静力试验,研究其破坏模式,抗震性能和计算方法。在试验研究的基础上,采用非线性有限元方法进行分析计算,为解决实际的复杂体型高层建筑抗震设计提供一些建议。     

Earthquake-induced displacements of gravity retaining walls and anchor-reinforced slopes

This paper examines in terms of seismic performance, the effectiveness of anchor reinforcement against gravity retaining walls used to stabilize a dry homogenous fill slope in earthquake-prone environment. Both analyzed stabilizing measures have the same design yield acceleration estimated from a limit equilibrium approach. The earthquake-induced displacements are calculated using a sliding block formulation of the equation of motion. Sliding failure along the base of the gravity retaining wall and rotational failure of the soil active wedge behind the wall, as well as rotational failure of the slide mass of the anchor-reinforced slope were considered in the present formulation. For the specific characteristics of the analyzed fill slope and input horizontal ground motion, the slope reinforced with anchors appears to experience vertical and horizontal seismic displacements at slope crest smaller by 12% and respectively, 32% than the vertical and horizontal earthquake-induced deformations estimated at the top of the active wedge behind the gravity retaining wall.     

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。     

加筋格宾新型组合支挡结构设计研究

依托湖南省湘潭至衡阳西线高速公路K 124＋300～K 124＋895段国内首座加筋格宾组合式挡土墙工程,介绍了以双绞合六边形金属网为筋材的2种新型加筋支挡结构：加筋格宾结构与绿色加筋格宾结构;以极限平衡理论为基础,吸收国外先进加筋土技术,提出了该组合结构的稳定性验算方法与公式;编制相关程序,深入研究了填料粘聚力、内摩擦角、网面拉力、地震力、填土重度、车辆荷载以及加筋间距等重要参数对安全系数的影响。研究表明,各设计参数对安全系数的影响程度不同。同时,也验证了该加筋格宾组合式挡土墙设计的科学性和合理性。研究成果可应用于具体支挡结构设计。     

大厚度黄土地区单击夯击能影响强夯加固效果的试验研究

针对黄土丘陵地区高填方下大厚度黄土地基强夯加固参数及效果开展了系列试验研究,分析了强夯前、后各试验区平均夯沉量和土体主要物理力学指标的变化规律,并给出6 000、8 000、10 000、12 000 kN·m能级条件下强夯加固的夯点中心距、击数、有效加固深度等主要参数,在此基础上确定了强夯有效加固深度的估算方法。试验结果表明,加固后黄土的孔隙比、干密度和湿陷系数可作为强夯加固效果的评价指标;强夯处理后地基土的物理力学指标在满足设计要求时其下限深度即为有效处理深度;在湿陷性大厚度黄土地区,以夯点土和夯间土湿陷性均消除的地基土下限深度可作为有效处理深度。     

Seismic behavior of an inverted T-shape flexible retaining wall via dynamic centrifuge tests

In the design procedure for a retaining wall, the pseudo-static method has been widely used and dynamic earth pressure is calculated by the Mononobe–Okabe method, which is an extension of Coulomb’s earth pressure theory computed by force equilibrium. However, there is no clear empirical basis for treating the seismic force as a static force, and recent experimental research has shown that the Mononobe–Okabe method is quite conservative, and there exists a discrepancy between the assumed conditions and real seismic behavior during an earthquake. Two dynamic centrifuge tests were designed and conducted to reexamine the Mononobe–Okabe method and to evaluate the seismic lateral earth pressure on an inverted T-shape flexible retaining wall with a dry medium sand backfill. Results from two sets of dynamic centrifuge experiments show that inertial force has a significant impact on the seismic behavior on the flexible retaining wall. The dynamic earth pressure at the time of maximum moment during the earthquake was not synchronized and almost zero. The relationship between the back-calculated dynamic earth pressure coefficient at the time of maximum dynamic wall moment and the peak ground acceleration obtained from the wall base peak ground acceleration indicates that the seismic earth pressure on flexible cantilever retaining walls can be neglected at accelerations below 0.4 g. These results suggest that a wall designed with a static factor of safety should be able to resist seismic loads up to 0.3–0.4 g.     

Displacement – based parametric study on the seismic response of gravity earth-retaining walls

The essence of performance-based design of gravity earth-retaining structures lies in the estimation of the residual (i.e. permanent) displacements after a seismic event. The accomplishment of this task however can be very complicated due to two interacting phenomena: the coupled sliding and tilting rigid body motion of the wall on an inelastic base and the formation of failure surfaces in the soil backfill. In this study a large number of fully non-linear, time-history analyses of gravity retaining walls (GRW) were performed using advanced numerical modelling. Different types of soil parameters and varying wall geometry within a practical range were investigated. The influence of different ground motion parameters was discussed and the results were compared with some of the most common limit equilibrium Newmark׳s sliding block procedures, including the recommendations by Eurocode 8, Part 5 [20]. Lastly, some recommendations for fast preliminary assessment of the seismic permanent displacements of GRW were provided.     

Nonlinear earthquake response analysis and energy calculation for seismic slit shear wall structures

Based on the concept of structural passive control, a new type of slit shear wall, with improved seismic performance when compared to an ordinary solid shear wall, was proposed by the authors in 1996. The idea has been verified by a series of pseudo-static and dynamic tests. In this paper a macro numerical model is developed for the wall element and the energy dissipation device. Then, nonlinear time history analysis is carried out for a 10-story slit shear wall model tested on a shaking table. Furthermore, the seismic input energy and the individual energy dissipated by the components are calculated by a method based on Newmark-β assumptions for this shear wall model, and the advantages of this shear wall are further demonstrated by the calculation results from the viewpoint of energy. Finally, according to the seismic damage criterion on the basis of plastic accumulative energy and maximum response, the optimal analysis is carried out to select design parameters for the energy dissipation device.