石笼挡墙在振压下破坏机理的颗粒流模拟研究

基于颗粒流离散元理论,对北京某山区公路采用的石笼挡墙建立PFC2D模型,研究墙背土压力的分布规律;在路面施工压实过程中石笼墙体的位移分布、破坏机理;模拟石笼挡墙的破坏过程和破坏方式,以及墙背土应力释放过程.通过模拟分析得出以下结论:颗粒流离散元程序可以用于模拟挡墙结构物,并特别适用与模拟钢丝网等柔性结构;路基加压前后土压力分布规律与理论值基本相符;在路基的振动压实过程中,左侧石笼网最先达到抗拉强度而破坏,墙体丧失整体稳定性而逐步塌陷,形成堆积体,在靠近挡墙2m范围内路面轻微塌陷,路基土在第一层石笼体位置以上浅层内形成滑动面.     

挡土墙水平土压力非线性分布试验研究

结合一山区高速公路多个挡土墙墙背土压力的监测数据,对挡土墙不同深度处的土压力大小分布规律进行了研究。结果表明：不同深度的挡土墙土压力随上部填土高度增加的快慢不同,愈接近墙顸,增加越快;水平土压力沿墙高呈非线性分布,其值介于理论静止土压力和被动土压力之间,在墙身的3／4以下,与静止土压力接近;在墙身的1／2以上,与理论垂直土压力接近。     

主被动状态间墙体侧向位移与土压力关系

为了研究从静止到主动状态或从静止到被动状态下墙体侧向位移与墙背土压力大小的关系,以应力Mohr圆为出发点,通过引入内摩擦发挥角,推导了主动与被动状态间土压力与内摩擦发挥角的统一表达式。根据所构建的墙体位移与土体剪应变几何方程以及等极限应变下的剪应变-剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立了能基本反映土体应力-应变特性和墙后填土初始应力状态的墙体位移-土压力统一函数关系式,并结合Coulomb土压力模型近似考虑了墙背与填土间摩擦力的影响。研究结果表明：影响墙体位移-土压力关系的核心要素是墙背初始应力状态、墙后滑移区范围及填土应力-应变特性;初始侧压力系数的增加,直接导致进入主动与被动状态所需墙体位移出现相应的增大和减小,墙体位移-土压力曲线沿水平轴呈现出整体平移的变化;土体内摩擦角和墙土摩擦角的改变会引起滑移区范围的变化,从而使墙体位移-土压力曲线整体放大或缩小;填土应力-应变特性是墙体位移-土压力关系的微观本质,其模量比与极限剪应变对墙体位移-土压力曲线的平缓程度及极限状态下的墙体位移大小影响显著。     

填土碾压对挡土墙土压力和位移的影响分析

路基挡土墙是城市道路中的常见结构物,具有节约空间、减少路基填方等优点。在路基填筑过程中,填土荷载和碾压荷载都会对挡土墙产生挤压作用,导致挡土墙承受侧向应力并产生位移。该文结合盐城市范公路某标段路基填筑施工,在现场埋设土压力盒和测斜管进行试验研究,得到了土压力和位移的发展规律。路基中垂直土压力主要由土体的重力引起,基本随土体深度呈线性分布。在碾压过程中对墙背水平土压力影响很大,填土不高时水平土压力接近于被动土压力,但随着填土高度增加其增长速度放缓,在填土1.0~1.4m高度达到最大值后出现明显下降,最后趋近于静止土压力。挡土墙位移基本是绕墙底的转动位移,施工前期位移增长缓慢,到后期填土接近墙顶时位移发展很快。最后利用有限元软件很好地模拟了路基中土压力的分布和挡墙位移。     

车辆荷载作用下黄土路基竖向土压力传递规律研究

为研究车辆荷载作用下黄土路基竖向土压力传递与扩散规律,基于某管道项目现场试验,测得不同深度路基中不同速度、不同载荷下的竖向土压力。研究表明:随着深度增加竖向附加土压力明显衰减,路基表面至埋深1.2 m范围内衰减速度最快,衰减率达到80%以上,1.2 m以下衰减趋于平缓;车辆载重引起路基表面至1.2 m埋深竖向土压力增长较为明显,1.2～2.4 m之间由于路基对竖向土压力的扩散和吸收作用,车辆载重对竖向土压力影响逐渐变小,2.4 m以下可忽略不计;随着路基埋深增加,竖向土压力出现滞后效应,路基表面至埋深1.2 m位置竖向土压力动态测试曲线为3个峰值,1.2 m以下变为两个峰值,其最大峰值由车辆后轴共同引起;速度在10～30 km/h范围内,速度对土压力的影响较小。在此基础上通过试验数据与规范中Boussinesq法、分布角解法理论计算对比,分析车辆在重载、超载工况下两种理论计算的适用性。结果表明:分布角法在车辆载重(520 kN),埋深0.6 m附近竖向土压力接近试验值,其他埋深计算较为保守,Boussinesq法计算值接近试验值或小于试验值,Boussinesq法计算具有一定的风险性,在超载、超速情况下将对理论计算结构设计的地下管道造成严重威胁。     

考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法

针对平动模式下的刚性挡土墙,提出了考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法。考虑墙体平动位移对墙后填土内摩擦角与墙土界面上的外摩擦角的影响,建立了内外摩擦角与位移之间的关系式。对未达到极限位移的挡土墙,分析墙后小主应力拱的应力状态,并结合位移与摩擦角之间的关系,把主动侧土压力系数与挡土墙位移联系起来,将其用于水平微分单元法求解平动模式下挡土墙非极限主动土压力,给出了考虑土拱效应的非极限主动土压力分布、合力及作用点的理论公式,并与不考虑土拱效应的非极限主动土压力计算方法进行了比较。结果表明:该方法可行有效;土压力合力大小相等,但合力作用点与土压力分布存在明显差别;研究成果可为相关工程提供参考。     

锚拉式柱板墙土压力试验研究

以一高速公路轻型支挡结构监测项目为依托,对锚拉式柱板墙挡板背土压力进行了现场测试,分析了锚拉式柱板墙挡板背土压力随深度、时间变化的分布规律,探讨了理论计算值与实测值差异的原因。结果表明：土压力与填土深度并非线性关系,当达到一定深度后反而减小。土压力计算值相对于实测值偏大,最大值都出现在墙高的2／3位置。实测墙背土压力合力作用点比理论作用点有所上移,在0．41的填土高度处。     

地铁车站基坑盾构井部分围护结构变形的模拟分析

针对地铁车站盾构井处的尺寸变化,以实际工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立计算模型,将计算出的墙体位移及支撑轴力数据与现场观测的结果进行对比,分析了盾构井处在不同工况下墙体位移与支撑轴力的变化规律.结果显示:长边方向的连续墙体变形在尺寸扩大处的变形纵向分布较均匀,且其上部变形比同一水平高度的连续墙变形大；在短边方向连续墙体变形则随开挖深度的增加最大位移值位置竖直向下移动,而在某一工况下呈现出以最大位移处为中心,向短边墙体平面四周环向分层扩展的Y轴向漏斗状分布.     

频率对微型桩-土动力相互作用影响的试验研究

为研究输入波频率对微型桩动力特性的影响规律,以直径D为6cm的微型桩为研究对象,制作相应的钢箱,进行了微型桩-土动力相互作用振动台试验。试验结果表明:输入波的频率对桩身变形模式有很大的影响,随着输入波频率的增加,桩身变形由正弯型过渡为反弯型;当输入波的频率小于或者接近模型固有频率时,桩身的最大位移发生在桩顶处;当输入波的频率超过固有频率较多时,桩身的最大位移发生在埋深约60cm(10 D)处,且在埋深20cm(3.3 D)和170cm(28.3 D)处,桩身分别会出现最大的正向弯矩、负向弯矩;当输入波的频率小于模型固有频率时,桩侧土压力p与桩身位移y的关系接近线性关系,形成的滞回环面积很小,当输入波频率接近或者大于模型固有频率时,滞回环面积则较大。     

考虑位移非线性影响的挡土墙土压力计算模型研究

根据横向受荷桩的P y曲线方程,建立了可考虑挡土墙位移非线性影响的土压力计算模型。对地基土的水平基床系数的比例系数m,在横向受荷桩与挡土墙分析中的差异进行了研究,进而提出了计算模型的主要参数———地基土的初始水平基床系数的比例系数m0的确定方法,即在没有试验资料的情况下,m0可取《建筑桩基技术规范》中m较大值的一半。对计算模型进行的试验验证表明:该模型的土压力计算值较现行规范方法计算值更接近实测值。     

有限无黏性填土刚性挡土墙主动土压力计算

针对经典的Rankine或Coulomb土压力理论不适用于山区挡土墙或邻近既有地下室基坑工程中常常遇到的墙后为有限宽度填土的情况,以墙背和稳定岩质坡面间为有限无黏性填土的刚性挡土墙为研究对象,假定在平面应变条件下,墙体平移使得墙后土体在极限平衡状态时出现通过墙踵的直线形或折线形滑裂面,且其中形成圆弧形土拱,考虑滑动土楔内水平土层间存在的平均剪应力,引入水平层分析法,得到非线性分布的主动土压力表达式。通过与文献中离心机模型试验结果的对比,验证所提方法的合理性,并在此基础上,以三角形和矩形断面有限填土挡土墙为例,探讨墙背倾角、岩质坡面倾角、墙土摩擦角、岩土摩擦角、填土内摩擦角或填土宽度等参数对主动土压力的影响。计算结果表明：该方法合理可行;有限填土时主动土压力沿墙高一般为非线性分布,且其合力作用点的位置一般不在墙高的1/3处;当填土宽度较大时,主动土压力合力大小有可能大于Coulomb土压力理论计算值,而且对于矩形断面有限填土的挡土墙,滑裂面的倾角都小于Coulomb土压力理论值。     

双级加筋土挡墙动力特性振动台试验（双语出版）

针对目前多级加筋土挡墙动力试验研究不足的状况,通过大型振动台模型试验对地震荷载作用下双级土工格栅加筋土挡墙的动力特性进行研究。运用Bockingham π定理对双级土工格栅加筋土挡墙模型进行相似设计,采用标准砂作为回填砂、混凝土砌块作为挡墙和土工格栅作为筋材构成试验模型,并测试墙体和回填土的反应特性,得到土压力、墙面位移和土体加速度。试验结果表明：地震作用下挡墙立面墙体呈现倾斜并带有屈曲外鼓变形模式;挡墙水平位移、顶部沉降及分层沉降均随着地震峰值加速度增大而增大,最大值发生在挡墙顶部;随着输入地震荷载增大,砌块式挡墙缝隙中先出现淌砂,最后顶部模型砖掉落,挡墙破坏;加速度沿墙高存在放大效应,地震峰值加速度放大系数随着峰值加速度的增大而减小;下级挡墙峰值动土压力均呈现“中间大两端小”分布规律;上级挡墙峰值动土压力在小震时呈现“中间大两端小”,强震时呈现“中间小两端大”分布规律;台阶处下级挡墙顶部动土压力和水平位移均大于上级挡墙底部相应值。研究成果可为双级土工格栅加筋土挡墙的抗震设计提供理论支持。     

无连接挡板高填方路堤薄壁挡土墙土压力模型试验研究

根据远当国防公路扩建工程,提出无连接挡板高填方路堤薄壁挡土墙新型结构。应用土压力盒和钢筋应变片进行模型试验,测试挡土墙土压力分布规律和拉筋应变的变化规律。挡土墙土压力不同于经典土压力理论,从挡土墙顶部向下到1 3高度以上,土压力分布呈线性增加,1 3高度以下,土压力随高度变化不大;土压力的分布规律与挡土墙面板后填料的性质无关。试验及分析表明,该连接挡板式薄壁挡土墙结构是一种合理、经济、可以应用于高路堤实际工程的新型挡土结构。     

扶壁式挡土墙墙背土压力分布规律试验研究

以某车站内扶壁式挡土墙为研究对象,在填方路段进行墙背土压力的试验研究。此试验是在挡土墙的扶肋和肋间填土上按照一定的间距安装静土压力盒,进行土压力数据的测试,结果表明:假想墙背的土压力分布表现为明显的非线性,最大值发生在墙体中间位置,合力作用点比库伦理论提出的位置更高。     

非极限状态主动土压力与填土张拉裂缝研究

为了进一步完善非极限状态主动土压力计算中的不足,并就填土张拉裂缝深度的理论计算展开研究,以复杂工况下刚性挡土墙为研究对象,综合考虑挡土墙变位模式、填土种类、墙背与填土面倾角、墙土摩擦、填土张拉裂缝影响及超载作用等因素,基于薄层单元法,并结合墙土相互作用强度参数与位移的非线性关系,推导得到一种非极限状态主动土压力计算公式;通过与文献特例、试验数据比对,验证了所构建公式的合理性。当墙背填土为黏性土时,利用土压力计算公式及挡土墙模型中的几何关系,建立了填土张拉裂缝深度与挡土墙位移的关系方程,并绘制出不同影响因素下裂缝深度随挡土墙位移的变化曲线,其变化规律与模型试验结果基本吻合。研究结果表明:考虑因素的增多使得非极限状态主动土压力计算过程变得复杂,但假设条件与实际工况更加接近,其计算误差得以降低,且通过迭代法计算方程可以得到满意的数值解;张拉裂缝开展深度随挡土墙位移呈非线性增长,在位移初期增长较快,而接近极限位移时裂缝开展趋于稳定;不同因素对于填土张拉裂缝开展产生的作用存在差异,其中填土内摩擦角和黏聚力影响显著,超载和填土面倾角影响次之,墙背倾角影响最小;降低填土抗剪强度,增加超载以及选择仰斜式挡土墙均有助于抑制张拉裂缝的开展。     

多级挡土墙墙背土压力分布规律试验研究

以十漫高速公路高边坡多级挡土墙为研究对象,在高达67m的填方路段进行墙背土压力试验研究,探索墙背土压力分布规律。在挡土墙墙背上按照一定间距安置了多个土压力测试仪,进行208d的定期测试。结果表明：随着填土高度的增长,墙背土压力经历快速增长、短期的平稳和缓慢增长阶段,两者最初近似成线性关系,之后表现为明显的非线性。     

加筋土挡墙变形和受力特性原位荷载试验研究

为了研究加筋土挡墙在路基面荷载作用下的受力和变形特征,通过拉拔与原位荷载试验,进行了加筋土墙体水平土压力、墙面水平变形及拉筋应力等分布规律的研究。结果表明:筋材应力沿其长度方向呈单峰值分布,峰值距墙面1.5 m处;加载初期墙面水平位移沿墙高呈反"S"形曲线分布,极值位于墙顶和中下部;路基面荷载作用主要影响挡墙上部土压力分布,相应的侧向附加土压力近似呈倒三角分布;由于加筋土的扩散、卸载成拱效应的影响,使得竖向附加土压力向下衰减比传统挡土墙更快。     

刚性挡土墙土压力分布规律试验研究

主要研究挡土墙位移对土压力的影响,通过室内模型试验,实测了挡墙不同位移模式下土压力的相关数据,绘制出土压力沿墙高的分布曲线,并在极限状态下与古典朗肯土压力理论结果进行了对比分析。研究结果表明:在不同位移模式下,主动和被动土压力都不是理论上的线性分布,而各有特点。     

不同扶壁间距的仓扶式支挡结构土压力分布

针对扶壁式挡土墙在高填方工程中支挡高度的限制，提出仓格与扶壁相结合的仓扶式新型支挡结构，考虑支挡高度、扶壁间距等因素对立板侧向土压力计算和分布的影响，进行了数值分析和离心模型试验。采用ABAQUS建立10组工况的数值模型，支挡高度分别为10，20 m，扶壁间距分别为21/100H，6/25H，27/100H，9/25H，12/25H（H为支挡结构高度），提取作用在立板上的接触应力；基于数值分析结果，制作了可调扶壁间距的支挡结构模型，分别在30g，60g离心加速度下模拟了部分工况的实际受力状况，由标定后的微型土压力盒采集数据；最后比较了实测值与理论值的差异，通过回归分析提出库仑主动土压力修正系数。研究结果表明：仓扶式支挡结构立板侧向土压力近似呈三角形分布，由于变形约束效应，在支挡结构中下部实测土压力较理论值偏大；立板侧向土压力在参照库仑理论计算时，需要考虑增大系数进行修正，10，20 m支挡高度修正系数分别为1.13~1.31和1.07~1.12；仓扶式支挡结构中的扶壁具有摩擦减压作用，通过改变扶壁间距可以有效减小立板侧向土压力。