高烈度地震区高路堤桩板墙的动力响应研究

研究目的:玉蒙铁路位于云南省境内,地质环境错综复杂并且活跃的新构造运动使得该区域地震多发。对于玉蒙铁路陡坡高路堤工点,设计采用路堤桩板式挡土墙支挡结构加固。为评价路堤桩板结构的抗震性能,研究支挡结构在地震动荷载作用下的稳定、沉降和变形,进行室内振动台模型试验,分析路堤桩板式挡土墙在不同地震加速度作用的动力响应,研究支挡结构的抗震可靠性,并与现行的设计计算方法进行对比分析。研究结论:(1)桩板式挡土墙的水平位移、桩身弯矩、挡土板的土压力随加速度增大而增大;(2)当地震烈度大于等于8度时,试验得到的桩身弯矩和挡土板土压力均较目前规范的拟静力法的计算设计值大,说明地震烈度小于等于7度时,可以按照传统的拟静力法进行设计,而当烈度大于等于8度时,则应该适当增大结构的安全系数;(3)该研究成果已成功应用于广大新双线铁路等高烈度地震区的路堤支挡加固工程中。     

土工格栅加筋土挡墙地震响应分析

柔性网面土工格栅加筋土挡墙是一种新型支挡结构,其面墙为柔性钢筋网面,柔性网面与水平面成73°的坡面.通过大型的模型试验,研究了以红砂岩为填料在水平地震作用下柔性网面土工格栅加筋挡土墙的动力特性.输入地震波采用ELCE＿NS地震波和HACHI＿EW地震波,峰值分别为0.342g 和0.183g.试验得出了柔性网面土工格栅加筋挡土墙在不同峰值的水平地震激励下的第1层、第3层、第5层墙顶面处的水平加速度、竖向加速度、水平动位移、竖向动位移峰值响应和沿墙高方向动应力峰值响应.通过对柔性网面土工格栅加筋挡土墙的结构分析和抗震试验,可以得出柔性网面土工格栅加筋挡土墙为优良的抗震结构,这为柔性网面土工格栅加筋挡土墙的抗震设计提供依据.     

西南山区铁路沿线反倾岩质边坡地震动力响应振动台试验研究

以西南山区铁路沿线典型的含结构面反倾岩质边坡为例开展振动台试验,采用时频域分析方法研究输入不同峰值加速度地震波时该类边坡的地震动力响应特性.结果表明:随着高度的增加,加速度峰值放大系数总体上呈增大趋势仅局部有所减小,表明地震动力响应具有高程放大效应;在高度相等的情况下,除了底部坡内测点的加速度峰值放大系数大于坡体表面,...     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

柔性加筋挡墙的抗震性能及适用条件研究

建立2类大型振动台模型,进行了柔性加筋挡墙模型试验,柔性加筋挡墙与刚性挡墙、加筋路堤的对比试验。结果表明:格宾加筋挡墙在中震和大震作用下的抗震性能较生态加筋挡墙突出;普通加筋路堤用于高烈度地震区优势明显;混凝土挡墙和格宾加筋挡墙用于对变形控制相对严格的高烈度地震区有一定优势;生态加筋挡墙则只能用于对土体变形要求相对宽松的普通地区或抢险加固工程中。研究成果可为高烈度地震山区的路基工程抗震设计和施工提供参考。     

硅藻土地层隧道基底钢管桩加固前后结构动力响应北大核心

依托飞凤山隧道工程,采用数值模拟方法研究了列车动荷载作用下硅藻土地层隧道基底微型钢管桩加固前后的动力响应特性,并引用经验公式预测了隧道长期沉降。结果表明:基底加固前后,列车动荷载作用下隧道结构振动加速度响应峰值均依次为仰拱>墙脚>拱顶>拱肩>边墙,动位移响应峰值均依次为仰拱>墙脚>边墙>拱肩>拱顶;采用钢管桩加固后,隧道结构振动加速度和动位移响应程度都得到明显控制,仰拱处的振动加速度响应峰值和动位移响应峰值分别减小了14.46%和30.58%;硅藻土地层隧道车致长期沉降主要发生在运营期前两年,钢管桩加固基底可有效减少隧道长期沉降。     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应试验研究

以成兰铁路某抗滑桩加固碎石土滑坡为工程背景，设计完成振动台缩尺模型试验，对抗滑桩加固滑坡上桥梁桩基础的动力响应进行研究。结果表明：前排抗滑桩宜靠近桥梁桩基础提供必要的水平抗力，后排抗滑桩发挥主要的抗震加固作用，桩身裂缝位于滑动面以下锚固段长度1/6～1/3处；随着正弦波振动强度增加，滑坡模型剪切变形峰值先增后减，最高可达7×10^-5，且位于下滑段的剪切变形峰值有上移趋势，直至滑坡完全被破坏；在逐级加载过程中，滑坡PGA放大系数服从层状分布并随振动加剧呈减小趋势，当滑坡体自振频段与振动波频率接近时出现共振耦合效应，PGA放大系数显著增大，最大值和最小值之比可达158%；当加载正弦波加速度峰值相等而频率不同时，高频振动时土体摩擦耗能较小，PGA放大系数较大。     

重复荷载作用下绿色加筋格宾挡土墙的动力特性

设计并完成了大型绿色加筋格宾挡墙模型试验。试验模型尺寸为3.0 m×0.85 m×2.0 m(长×宽×高),坡角为70°,填料采用工程现场用红砂岩材料制备。双绞合六边形金属格宾网由PVC包裹,并镀锌防腐,网面单元尺寸为80 mm×100 mm。通过输入不同幅值和频率的正弦波激励,探讨重复荷载作用下模型挡墙的动力特性与动力响应规律。试验结果表明:绿色加筋格宾结构具有良好的稳定性和抗破坏性,其结构寿命能满足使用要求。当振动频率达到8 Hz时,绿色加筋格宾挡墙的竖向、水平加速度和竖向、水平位移反应变化极大。加速度反应、动位移反应和动应力反应沿墙深度方向都以一定的速度衰减。试验结果有助于揭示挡墙在重复荷载作用下的失稳机制,为绿色加筋格宾挡土墙工程设计提供有益的参考。     

铁路黄土隧道洞口段地震动力响应研究

我国地震频发,隧道抗震问题一直是研究的重点,但对于黄土隧道的地震动力响应研究实例较少,因此对于黄土坡-隧结构体系的动力问题需要进一步研究。对宝兰客专黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征利用Midas-NX数值模拟和1∶80的隧道洞口段坡-隧系统大型振动台试验进行研究,分析在高边坡上不同进洞高程对坡面以及隧道衬砌加速度、位移以及放大系数的影响。试验结果表明:在其他条件相同的情况下,如坡高、坡角、入射地震波、填筑方式、衬砌结构等,进洞高程不同,洞口段破坏形态不同,破坏程度各异。地震动力作用下,隧道衬砌不同位置的峰值加速度与进洞距离密切相关。     

微型桩地震动力特性数值模拟研究

微型桩是一种新型边坡支挡结构,地震中耗散能量较多,在边坡工程抗震抢险中被优先使用。目前微型桩的研究主要为静力特性的研究,对其动力特性的研究较少。运用数值软件FLAC3d对平行布置微型桩和"人"字形布置微型桩的动力学特性进行分析研究。研究表明:两类微型桩在地震作用下弯矩呈现"S"形分布特点,剪力呈现"〉"形的分布特点;当地震波峰值加速度0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较小,当地震波峰值加速度≥0.4g时,地震作用对两类微型桩的弯矩和剪力影响较大;"人"字形微型桩同平行微型桩相比桩身弯矩较大、剪力较小,"人"字形微型桩的抗震承载能力更强,抗震效果更佳。     

跨地裂缝带高铁路基动力响应及CFG桩地基加固优化研究

以大西客运专线为研究背景,基于动力有限元数值模拟和正交试验设计,研究了地下水位差异和不同地基条件下跨地裂缝带高铁路基的动力响应及CFG桩对地基加固效果的影响,结果表明:路基动应力和加速度响应在地裂缝带处出现较大波动,路堤中动应力沿深度方向衰减近50%,加速度衰减近70%;上、下盘地下水位差导致地基动应力和加速度幅值出现明显差异;CFG桩降低了路堤加速度和路基下部动应力,且动应力降低幅度要大于加速度;对于动应力,桩间距的影响最大,桩长次之,桩径最小;对于加速度,桩间距的影响最大,桩径次之,桩长最小;地基优化加固方案为:上盘桩间距1. 2 m,桩长8. 0 m,桩径0. 3 m;下盘桩间距1. 2 m,桩长16 m,桩径0. 6 m。研究结果可为跨地裂缝带高铁路基设计提供参考。     

地震作用下RC框剪结构剪力墙和框架柱的曲率延性与结构层间位移延性关系

研究地震作用下RC框剪结构的框架柱、剪力墙的曲率延性需求与结构最大层间位移延性需求之间的统计关系。框架柱、梁与剪力墙均采用指定弯矩―曲率关系的滞回单元,建立15层和30层平面RC框架剪力墙数值结构。通过弹塑性静力分析和地震动力时程分析,获得框架柱、剪力墙的曲率延性需求以及结构最大层间位移延性需求,探讨地震加速度峰值、结构弯剪比例对延性需求的影响,分别建立框架柱曲率延性需求与结构层间位移延性需求、剪力墙曲率延性需求与结构层间位移延性需求的定量统计关系。结果表明:框架柱、剪力墙的曲率延性需求和结构层间位移延性需求随地震加速度峰值增加而增加;剪力墙曲率延性需求随弯剪比例系数增加而减小,而框架柱和结构层间位移延性需求随弯剪比例系数增加而增加。考虑弯剪比例影响,拟合建立的函数模型与样本分析数据有较好的吻合,可指导RC框剪结构的初步抗震延性设计和评估。     

减振扣件对地铁隧道-地表振动特性影响分析

研究目的:不同减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果特性有所差异,列车运行引起的隧道和地表的振动在时域和频域上有较大区别,目前对减振扣件减振效果评价多采用不同断面进行对比分析,但其结果会受到隧道断面周围结构的影响。基于此,本文通过对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构及地表振动进行现场实测分析,并建立车辆-轨道-隧道-大地耦合动力分析数值模型,研究减振扣件对隧道结构-地表的减振效果。研究结论:(1)减振扣件能有效控制道床和隧道壁上的振动响应,当采用减振扣件后,道床上峰值变小且峰值出现频段向低频偏移,隧道壁上减振扣件在卓越频率范围内出现振动放大现象;(2)地面测点的振动加速度峰值和Z振级随距离振源的位置增加呈现出减小的趋势,但是在15~30 m范围内出现增大的现象,说明在该区域范围内出现振动放大的现象,但放大区间有所不同,应根据具体工程选择合适的扣件;(3)地面同一测点振动加速度峰值和Z振级呈现出W形的变化趋势,因此在进行地面振动控制时应充分考虑控制点所处位置,根据具体情况采用合理的控制措施;(4)本研究成果可为轨道交通中隧道和地表振动控制措施选择提供理论依据。     

桩与土钉或挡土墙联合使用时设计理论探讨

研究目的:路堑预加固桩与桩间土钉墙或挡土墙联合使用时设计计算方法尚不成熟,特别是对其"土拱效应"对桩间土钉墙或挡土墙有何影响未见报道过。传统设计时未能很好考虑这一问题,一般按经验进行设计。本文结合南昆铁路某科研试验工点,对该问题进行了深入的理论探讨,提出了一些较新的观点,供同行参考。研究结论:为了使两桩之间形成"土拱效应",应使桩间支挡物的刚度较小,使其后土体具有形成卸荷土拱的松动条件,此时桩身土压力与挡土墙上并不一致,桩上大、桩间墙上则较小,这种受力模式要求我们不必将桩间的土钉墙或挡土墙做得太强;同时由于土拱的拱矢在跨中最大(一般不超过3m),而靠近桩边时较小,故建议土钉长度跨中的要比两边的长3m左右,边上土钉长度也不宜太长。     

土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论分析

研究目的:本文研究土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术,并探讨理论计算方法。研究方法:从力多边形出发,假定土工格栅同时发挥其抗拉强度,采用理论分析的方法进行土工格栅减小路堤支挡结构土压力的工程技术研究。研究结果:通过理论分析,获得了土工格栅减小路堤支挡结构土压力的理论计算方法。研究结论:本文提出的加设土工格栅路肩式桩板墙上破裂角与主动总土压力计算方法简单,具有较强的实用价值;对于较高的路肩式桩板墙可采用在填料中铺设土工格栅的方法减小土压力,进而减小桩身截面与挡土板厚度;填料宜采用不易风化的硬质岩石材料;土工格栅的铺设位置应在填方下偏中上部,具体应按其抗拉强度与破裂面内填料提供的摩擦阻力来确定;建议今后应在其布置、间距、变形特性等方面作进一步研究,使得实际与理论更相符合。     

分幅距离对青藏高速公路分离式路基动力响应的影响

为研究地震波作用下分离式路基的动力响应特性,结合现场钻孔资料,以标准断面的分离式路基为研究对象,采用二维非线性动力有限元非关联流动法,建立2幅坡脚距离分别为5,10,15和20 m的路基模型。通过施加50 a超越概率2%,10%和63%的地震波,得到分幅距离变化对路基地震动力响应的影响效应。研究结果表明:路基表面的Mises应力值大小受坡脚距离变化影响较大,对天然地表与坡脚影响微小,而对剪应力S12值大小的影响规律与此相反;随着坡脚距离的增加,路基表面与天然地表的水平峰值位移呈现先升高后降低的变化规律,在10 m坡脚距离的参考点水平峰值位移出现极大值。研究结果为青藏工程走廊内的路基选型布线与抗震设计提供一定参考。