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。     

基于二楔块法的加筋土挡墙屈服加速度及破坏模式极限分析

加筋土挡墙具有优越的抗震性能,并在土建工程中被广泛应用,因此,加筋土挡墙抗震设计方法的研究尤为重要。为了能够分析加筋体内部筋材布置方式、筋材抗拉强度等对屈服加速度的影响,假定破坏模式为双楔块模式,根据极限分析理论推导了加筋土挡墙屈服加速度系数表达式。与规范计算值相比,计算结果更接近模型测试值与数值模拟结果,同时计算方法可以反映模型的真实破坏模式。参数分析表明：屈服加速度随着筋材抗拉强度的增大而增大,特别是筋材长度较长时;随着筋材竖向间距的增大,屈服加速度逐渐减小;面板的宽度对屈服加速度几乎不产生影响;与面板宽度相比,筋材抗拉强度与竖向间距对加筋土挡墙破裂面形状的影响更大。     

考虑时程竖向加速度的Newmark滑块位移法

利用改进的Newmark滑块位移法,采用时程竖向加速度计算屈服角加速度,运用拟静力极限平衡分析和地震动力反应分析计算土工结构地震永久变形。算例计算结果表明,屈服角加速度计算采用时程竖向加速度得到的滑动位移位于竖向加速度假定恒定向上或向下之间。适当改变筑坝土石料的动力刚度,研究了滑动体位移关于动力刚度的敏感性,为土工建筑物的抗震设计提供依据。     

基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料挡墙地震被动土压力研究

基于结构性黄土不同含水量方形试样的三轴剪切试验,研究了非饱和黄土的残余强度效应和构度与强度参数的关系,引入两种效应修正了平面应变统一强度公式,分析了地震荷载作用下墙后土应力莫尔圆的变化规律,采用水平层分析法,建立了综合考虑中主应力、土结构性、残余强度的黄土填料被动动土压力公式。研究表明:平面应变统一强度公式计算得到的峰值或残余粘聚力和摩擦角随统一强度参数b值增大而增大,结构性对粘聚力的增幅较大,而对摩擦角影响则不明显;结构性黄土的地震被动土压力系数随b值、构度指标的增大而增大,而随水平地震系数的增大而减小;结构性较大时残余强度计算的地震被动土压力系数较峰值强度大,结构性较小时,两者计算结果接近。     

重力式挡土墙地震旋转位移下的屈服加速度

旋转位移假设下,将挡土墙和填土看成一个系统,建立挡土墙在地震作用下的旋转破坏模式,应用极限分析上限法推导了系统外力功率和耗散功率,得到了水平屈服加速度系数的理论计算公式,并采用MATLAB语言进行数值求解,获得了破裂角和水平屈服加速度系数的数值解。计算公式考虑了填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角、竖向地震加速度系数、填土黏聚力、填土内摩擦角等对水平屈服加速度系数的影响。研究结果表明：填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角和竖向地震作用对水平屈服加速度系数的影响显著,在实际工程设计中需合理取值以达到安全经济的目的。     

考虑土体应变软化特性的滑坡抗滑桩设计推力研究

传统剩余推力方法的基本假设仅适用于理想塑性材料或应变硬化材料,对具有应变软化特性的坡体其适用性受到限制。基于土体的应变软化性质,探讨了其剪应变和抗剪能力的对应关系。通过引入条块底部的应变协调方程,对滑坡条块推力计算方法进行改进,提出了考虑应变软化特性的滑坡抗滑桩设计推力计算新方法。实例分析表明,改进的方法计算得到的滑坡当前稳定性系数介于分别取峰值强度和残余强度所获的结果之间;所得的抗滑桩设计推力值相较残余强度算得的值小,较峰值强度算得的值大,介于两者之间;能考虑土体应变软化特性的设计推力计算是依据滑坡当前状态进行,既能够起到及时遏制滑坡进一步发展的作用,又比较符合坡体实际情况。     

基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料挡墙地震被动土压力研究

基于结构性黄土不同含水量方形试样的三轴剪切试验,研究了非饱和黄土的残余强度效应和构度与强度参数的关系,引入两种效应修正了平面应变统一强度公式,分析了地震荷载作用下墙后土应力莫尔圆的变化规律,采用水平层分析法,建立了综合考虑中主应力、土结构性、残余强度的黄土填料被动动土压力公式。研究表明:平面应变统一强度公式计算得到的峰值或残余粘聚力和摩擦角随统一强度参数b值增大而增大,结构性对粘聚力的增幅较大,而对摩擦角影响则不明显;结构性黄土的地震被动土压力系数随b值、构度指标的增大而增大,而随水平地震系数的增大而减小;结构性较大时残余强度计算的地震被动土压力系数较峰值强度大,结构性较小时,两者计算结果接近。     

基于平面应变统一强度公式的结构性黄土填料挡墙地震被动土压力研究

基于结构性黄土不同含水率方形试样的三轴剪切试验,研究了非饱和黄土的残余强度效应和构度与强度参数的关系,引入两种效应修正了平面应变统一强度公式,分析了地震荷载作用下墙后土应力摩尔圆的变化规律,采用水平层分析法,建立了综合考虑中主应力、土结构性、残余强度的黄土填料被动动土压力公式。研究表明:平面应变统一强度公式计算得到的峰值或残余黏聚力和摩擦角随统一强度参数b值增大而增大,结构性对黏聚力的增幅较大,而对摩擦角影响则不明显;结构性黄土的地震被动土压力系数随b值、构度指标的增大而增大,而随水平地震系数的增大而减小;结构性较大时残余强度计算的地震被动土压力系数较峰值强度大,结构性较小时,两者计算结果接近。     

模块式加筋土挡墙模型试验及静动力学性能研究

加筋土挡墙作为道路路基的一部分,不但受到路面基础设施等静荷载,还承受着车辆行驶所带来的交通荷载。为研究静、动荷载下模块式加筋土挡墙的力学特性及工作性能,开展室内大模型试验,对比分析了加筋土挡墙的沉降及面板水平位移、侧向土压力系数、格栅应变等力学行为的变化规律。结果表明：静、动荷载下挡墙的破坏模式分别以局部剪切破坏和面板挤出破坏为主,格栅的最大应变量分别为1.7%和4.5%,均未达到破坏应变;两种荷载下挡墙的极限承载力相等,相比于静载,动载作用下墙顶最大沉降量增大了280%,面板最大水平位移增大了180%;加载板下降过程中四周土体受挤压发生变形,向面板施加额外的水平附加应力,从而导致墙背处的侧向附加应力系数Kr高于理论值;动载作用下土颗粒不规则运动,土中动加速度响应受动载幅值的影响较大,靠近墙面处的加速度峰值沿墙高H由上到下逐渐减小。研究成果有助于揭示静载与交通荷载作用下加筋土挡墙的力学行为和破坏机制以及提高模型试验与实际工程的关联程度。     

三维边坡地震永久位移初探

将著名的Newmark有限滑动位移法拓展到三维空间,提出了三维边坡地震永久位移的分析方法。针对潜在滑体,运用三维极限平衡理论确定屈服加速度,借助数值方法获得平均地震加速度,进而依据Newmark的建议计算永久位移量。实例分析表明,该方法计算结果合理;与三维方法相比,二维分析得到的屈服加速度与平均加速度均偏低,永久位移量偏大;偏差量随着滑体长度的增大逐渐减小     

不同运动模式的悬臂式挡墙地震永久位移算法

为了有效确定支挡边坡的悬臂式挡墙的地震永久位移,考虑悬臂墙踵板上方局部填土可能存在的不同滑裂特征,基于拟静力法、塑性极限分析上限定理与Newmark滑块法,针对地震条件下可能发生的墙-坡整体对数螺旋面转动、墙-局部填土体系水平滑动及绕墙趾转动3种运动模式,根据较为严格的力学定义分别推导了墙体地震永久位移计算公式。实例分析表明,前两种运动模式所得的地震永久位移相近,均远大于后一种模式,在工程设计中属于位移控制模式。与既有的经验公式法对比表明,文中方法与其误差在30%以内,且比概率置信水平取0.7的Ambraseys-Menu方法小7%。对于墙-坡系统整体旋转滑动模式,在水平地震影响系数一定的情况下,10个主要参数敏感性正交分析结果表明,其对水平屈服加速度影响的敏感性大小排序为:填土黏聚力、墙高、填土内摩擦角、墙体重度、立臂顶宽、填土重度、趾板长度、竖向地震影响系数、底板厚度和踵板长度。     

非轴对称荷载下圆形隧洞围岩弹塑性分析解析解

考虑岩石材料的应变软化及扩容效应,采用岩石材料的弹性-塑性软化-塑性残余三线性应力-应变软化模型和莫尔-库仑屈服准则,推导了非轴对称荷载下圆形隧洞围岩弹性区、塑性软化区和塑性残余区的应力场、应变场、位移场和塑性区半径的近似解析解,适用于围岩塑性区较大且侧压力系数1≤λ<3的情况。该近似解析方法与有限元法的计算结果较为接近,可代替有限元方法进行简单的圆形隧洞围岩弹塑性分析。     

考虑地震动地形效应的边坡破坏概率——以金沙江下游新市镇附近边坡为例

边坡在地震作用下的破坏概率是地震边坡危险性评价的参数之一。在区域范围内计算地震边坡破坏概率一般采用实际地震滑坡和Newmark永久位移拟合得到的破坏概率公式进行计算。计算中所需的地震动峰值加速度数值大小受不规则地形的影响较大。为了较准确计算出区域地震边坡的破坏概率,本文利用公式分别计算了地震动峰值加速度地形效应系数和地震边坡滑坡概率,实现了地震动峰值加速度及滑坡概率的连续分布。在计算地表30 m平均剪切波速时,利用回归分析方法得出了Vs30与地形梯度G的连续性关系。这些方法充分考虑了地形在地震动峰值加速度中所起的作用,能够实现地震边坡破坏概率计算结果的连续性,如实反映了地震边坡破坏概率的实际状况,为更准确评价地震边坡滑坡危险性提供了新的思路。     

饱和黄土边坡的动力稳定性分析

考虑地震荷载作用下饱和黄土的孔压增长模式及液化规律,建立了饱和黄土无限边坡的动力稳定性分析模型,并将此类边坡的破坏分为液化型破坏和滑动型破坏两种基本类型。分析结果表明,由于孔压的累积,屈服地震系数将随时间而减小,并且明显地受到有效粘聚力、初始孔压比等参数的影响。另外还证实,考虑孔压累积时的永久位移计算值要大于常规的Newmark法分析的结果。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡变形特征分析

应用二维离散元程序UDEC计算了地震荷载作用下边坡的位移,并将计算结果与Newmark法计算结果及震后现场实测值进行了对比。结果表明,Newmark法计算得到的位移值较实测值偏小,离散元计算得到的位移结果较Newmark法更接近于实测值。在此基础上,初步分析了地震荷载作用下坡高、坡角、岩层倾角等因素对顺层岩体边坡位移的影响规律。由分析结果可知,地震荷载下顺层岩体边坡的位移并不随坡高增加而单调增大,在坡高约100 m时位移达到最大值,坡高超高100 m位移反而有所降低;当坡高超高200 m后,位移随坡高的变化幅度不大,顺层岩体边坡的位移随坡角增加而单调增大。随岩层倾角增加边坡位移明显增大;当岩层倾角大于层面内摩擦角时,随着岩层倾角的增大,边坡变形增长幅度明显增大。     

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。     

应变软化边坡渐进破坏及其稳定性初步研究

采用应变软化本构模型和矢量和法,提出了一种模拟应变软化边坡渐进性破坏过程的分析方法。该方法可得到应变软化边坡的坡体材料强度参数、滑面状态、稳定安全系数、边坡破坏状态的变化过程,据此可分析边坡的渐进破坏。采用所提方法对应变软化材料边坡算例进行了分析,并与3种极限平衡法进行了对比,结果表明:(1)滑面矢量和安全系数介于传统极限平衡法峰值安全系数与残余安全系数之间,滑面强度参数部分处于峰值状态、部分处于残余状态,弥补了传统极限平衡法不能得到真实的应变软化边坡安全系数的缺陷。(2)强度参数弱化的区域与边坡破坏区域位置一致,坡脚处滑面最先出现软化,随着塑性剪切破坏的发展,其由软化状态变为残余状态,邻近部分滑面开始出现新的软化,接着进入残余状态,边坡破坏由坡脚向坡顶发展,随着这个过程的持续进行,边坡的渐进性破坏不断发展,边坡安全系数不断降低,直至渐进性破坏过程结束。(3)随着残余软化参数的增加,滑面位置逐渐变浅,矢量和法安全系数逐渐增加。该方法能够较好地分析边坡的渐进性破坏过程,具有较好的应用前景。     

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。     

基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固三维土坡的地震位移分析方法

提出一种基于Newmark滑块原理的抗滑桩加固三维平台土坡地震位移方法。基于极限分析原理,并采用"牛角型"破坏机制推导出抗滑桩加固三维平台土坡屈服加速度系数k_c的显性表达式。经参数分析,探究各因素对k_c的影响规律。结果表明:与单台阶相比,三维平台土坡更趋于稳定。由力矩平衡方程求出抗滑桩加固三维平台土坡滑动破坏时的转动角加速度,对其二次积分求出抗滑桩加固三维平台土坡的震后位移。结合工程实例探究地震对抗滑桩加固三维平台土坡地震位移的影响,并给出相应的工程建议。对抗滑桩加固三维平台土坡各影响因素进行敏感性分析,求出各影响因素对抗滑桩加固三维平台土坡稳定性的敏感性顺序,为抗滑桩加固三维平台土坡的抗震设计提供参考。