加筋土挡墙地震稳定性时频分析研究

研究目的:大量研究结果表明地震波的持时、频率对加筋土挡墙的地震稳定性存在较为显著的影响,然而目前加筋土挡墙地震稳定性通常采用的拟静力法、极限位移法对其均不考虑。基于此,本文基于弹性波动理论,概化加筋土挡墙的动力分析模型,针对可延展性和不可延展性两种加筋材料,利用水平分层法建立受力平衡微分方程,借助Hilber-Huang变换,提出地震作用下加筋土挡墙地震稳定性的时频分析方法,为加筋土挡墙及其他类型支挡结构的抗震设计提供指导。研究结论:(1)提出了地震作用下能够考虑地震波三要素(峰值、频率以及持时)影响的加筋土挡墙地震稳定性的时频分析方法;(2)分析了筋材类型、地震烈度、填土内摩擦角以及输入波频率等单因素对加筋土挡墙筋材所需拉力总和的影响,结果表明:随着填土内摩擦角的减小、地震烈度的增大,加筋土挡墙地震稳定性变差,筋材所需拉力总和大幅增加,可延展性筋材所需拉力总和明显高于不可延展性筋材,筋材所需拉力总和随输入波频率的增大呈马鞍形分布,并且在输入波频率与加筋土挡墙系统自振频率相近时达到最大值;(3)对于可延展性筋材和不可延展性筋材来讲,按照现有规范只考虑峰值地震动不考虑输入波频率进行加筋土挡墙地震稳定性设计,可能会降低挡墙的地震安全储备;(4)随着填土内摩擦角的增加,主动破裂角逐渐增加;墙后填土的主动破裂角随地震动峰值加速度的增加而减小。     

加筋土挡墙地震稳定性分析的水平条分方法

根据加筋土挡墙分层填筑、分层加筋、分层压实成水平成层土体的特点,针对加筋材料的不可延展性和可延展性2种情况,采用不同的形状简化破裂面,并将加筋体划分成一定数量水平土条,提出分析加筋土挡墙地震稳定性的水平条分方法.导出筋材拉力和所需筋材长度的计算公式,分析填土内摩擦角、水平和竖向地震加速度系数对筋材拉力及所需筋材长度的影响.结果表明:随着填土内摩擦角的减小、地震加速度系数的增加,加筋土挡墙内部稳定性变差,需要筋材的强度更大、长度更长;当填土内摩擦角及地震加速度系数相同时,可延展性筋材所需长度比不可延展性筋材大.与其他方法的比较分析表明,采用简化破裂面比采用对数螺线状或多折线破裂面更加简单合理,便于工程应用.     

影响加筋土挡墙墙背水平土压力的参数分析

结合加筋土挡墙离心模型试验墙背水平土压力数据,验证数值模拟的可行性,在此基础上通过FLAC~(3D)数值模拟,研究刚性地基加筋土挡墙的力学特性及其影响因素。在进行数值模拟时,通过改变筋材的长度、竖向间距和刚度及有无连接件,探讨其对挡墙背后水平土压力的影响。研究结果表明,筋材模量及连接件对墙背水平土压力的影响最为显著,采用合理的筋材设计参数组合,可以有效减小墙背处的水平土压力及墙面板位移,提高挡墙的整体稳定性。在实际工程中两个因素都应该引起重视,研究结果可为相关工程提供一定的参考及建议。     

多级加筋土高挡墙的工程特性及影响因素

通过8级加筋土高挡墙工程的现场原位监测,研究多级加筋土高挡墙后土体垂直土压力、墙背侧向土压力以及土工格栅筋材应变分布规律。结果表明:墙后垂直土压力、墙背侧向土压力和筋材应变均与填土高度成正比。墙后垂直土压力沿筋材方向呈非线性分布,最大值均靠近筋材中后部;墙背侧向土压力的增长速率随填土高度的增加而逐渐减小;土工格栅筋材沿筋长方向的应变非常小,且大部分呈双峰值分布,第1个峰值靠近墙面板,第2个峰值远离墙面板。运用PLAXIS2D软件进行多级加筋土高挡墙施工过程的数值模拟,研究筋材长度、间距及填料的内摩擦角对多级加筋土高挡墙水平变形特性的影响。结果表明,筋材的长度和间距对高挡墙水平变形的影响比较显著。     

考虑基质吸力下的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗使得非饱和黄土含水量增加,基质吸力降低,进而导致边坡稳定性下降。选取某铁路沿线黄土边坡为研究对象,进行了非饱和黄土的基质吸力试验。结果表明,在0~260kPa低吸力范围内,原状黄土土水特征曲线呈指数形式。进而,通过控制基质吸力的三轴试验,测定了非饱和黄土的抗剪强度,结果表明,黄土由饱和至非饱和状态转变时内摩擦角增大,非饱和黄土莫尔库伦破坏包面是一个上翘曲面。在此基础上,运用GeoStud io进行了降雨数值模拟和边坡稳定性分析,结果表明,随着降雨强度的增加和降雨持时的延长,边坡表层孔隙水压力逐渐增加,对应基质吸力持续减小,水头等值线在坡顶和坡脚最为密集;降雨强度越大,持时越长,越不利于边坡稳定。     

考虑屈服应力的非饱和土土水特征曲线研究

利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力条件下,净竖向应力逐渐增大的固结试验,得到不同基质吸力条件下土体的屈服应力;进行净竖向应力为屈服应力时,不同基质吸力条件下的固结试验,通过对试验过程中排出水量的测试,计算出不同基质吸力条件下的稳定含水率,进而得到屈服应力条件下土体的土水特征曲线;利用土体孔隙分布的分形模型对土水特征曲线进行拟合。研究结果表明:屈服应力是影响非饱和土土水特征曲线的重要因素,屈服应力下土水特征曲线明显分为3个区段;同时,屈服应力下土水特征曲线具有良好的分形特性。     

地震作用下面板对加筋土挡墙稳定性影响研究

地震荷载作用下加筋土挡土墙一般都用拟静力法进行分析,该法很难考虑到面板对加筋土挡墙稳定性的影响。借助有限元分析方法,通过引入筋-土、面板-土、面板-面板接触单元,建立由土体单元、接触单元、面板单元和加筋材料单元组合的加筋土挡墙有限元模型。通过该模型,探讨地震荷载下不同刚度条件下面板对加筋土挡墙整体稳定性的影响。通过分析格栅最大拉应力的位置以及面板各点加速度的变化得到了加筋土面板对加筋土结构整体稳定性有很大影响的结论。在设计加筋土挡墙时,应选用刚度比较大的面板。     

单侧反包式加筋土路堤准黏聚力原理的合理性

以单侧反包式加筋土路堤为研究对象,基于塑性极限分析上限法并引入土体剪切强度折减系数,考虑拉筋拉断和拔出2种破坏模式,给出了路堤边坡稳定性分析方法,并推导了相关计算公式。在此基础上给出了基于路堤稳定性加筋土等效为纯土体时的准黏聚力计算方法,并采用工程实例分析拉筋极限拉力、拉筋竖向间距、填土内摩擦角、拉筋长度、路堤高度及顶面荷载对准黏聚力的影响。结果表明:拉筋极限拉力、拉筋长度、拉筋间距、填土内摩擦角对准黏聚力的影响相对较大;传统方法与本文方法得到的准黏聚力计算值之比往往大于2;传统方法确定的准黏聚力值易过高估计路堤边坡的稳定性,一般不宜用于路堤边坡稳定性分析。     

高速铁路非饱和路基沉降特性及预测研究

工后沉降的准确预测是高速铁路设计与施工的关键,传统饱和土沉降预测曲线模型在非饱和土路基应用中存在拟合程度低、预测值偏小等问题。通过室内非饱和土一维固结试验分析基质吸力与干密度对非饱和土固结时间的影响规律,验证非饱和土沉降预测模型参数特性;并结合郑西高速铁路、石武高速铁路和秦沈客专典型断面的沉降观测数据,对比分析非饱和土沉降预测模型的适应性。结果表明,基质吸力对非饱和土固结时间有显著影响:固结时间随基质吸力增加呈现先增加后减少的趋势,因此,在一定基质吸力范围内,传统沉降预测曲线方法预测工后沉降存在预测结果偏小的风险;非饱和土沉降预测模型的两个参数与基质吸力分别存在指数与对数关系;应用实例表明非饱和模型具有拟合度较高且偏于安全的优点。     

加筋土支挡工程的抗震稳定性研究

为研究高烈度地震作用下加筋土挡墙的抗震性能,采用Plaxis有限元软件建立数值模型,施加ElCentro地震波,分析了地震作用下加筋土挡墙的地震响应。模拟结果表明:在高烈度地震作用下,墙面板的水平位移沿墙高基本上呈线性分布;水平加速度沿墙高具有高程放大效应;加筋土挡墙墙后填土的潜在破裂面是在地震过程中逐渐形成的;在静力作用下,墙后填土的潜在破坏面呈折线型分布,而在高烈度地震作用下则近似呈线性分布。     

降雨入渗条件下边坡稳定性分析

基于非饱和土力学理论,利用有限元方法对降雨条件下边坡的饱和-非饱和渗流及稳定性进行探讨。数值分析表明,雨水入渗使边坡非饱和区土体的基质吸力减小,是导致边坡稳定性降低的主要因素。     

降雨入渗对滑坡渗流场和稳定性的影响分析

研究目的:以鹰厦铁路K290处滑坡为例,运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟在降雨及地下水位变化条件下,饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,探讨在降雨入渗条件下坡体孔隙水压力及基质吸力的变化规律,分析降雨强度、降雨持续时间等参数对滑坡稳定性及安全系数的影响.从微观和基质吸力的角度评价滑坡防治效果,为维护线路的安全运营提供参考.研究结论:降雨入渗及地下水位变化使得坡体内孔隙水压力发生急剧变化,并且各区域呈现不同的变化规律;降雨初期,孔隙水压力变化最明显;滑带土各区域基质吸力因降雨及水位变化而呈现不同的变化规律,降雨后期滑带土基质吸力基本丧失,对坡体的稳定和安全不利;水位变化、降雨强度、降雨持续时间对坡体的稳定性均有较大的影响,其中受降雨强度和水位变化的综合影响最显著,在强降雨和地下水位升降时,坡体稳定系数急剧降低.     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙服役期力学行为研究

为揭示高速铁路加筋土挡墙服役期间的力学行为,对山东省青(岛)荣(成)城际铁路土工格栅加筋土挡墙进行了竣工后48个月的长期远程观测试验,研究加筋土挡墙工后力学行为的演化规律,分析加筋土挡墙墙面、墙体内及墙背位置的侧向土压力,墙体基底竖向应力及筋材拉力的实测数据分布规律和服役期的变化情况。试验结果表明:加筋土挡墙墙面及墙内位置的侧向土压力随时间基本保持稳定,工后48个月期间墙面板背部的侧向土压力约为竣工时的98.2%。加筋土挡墙墙体竖向应力在工后48个月期间基本保持稳定。墙面处土工格栅的拉力是约束墙面变形并减小墙面侧向土压力的主要因素之一,加筋土挡墙的工后变形能够满足高速铁路对于路基变形的要求。     

基于蒙特卡洛方法的降雨条件下非饱和土边坡稳定性研究

通过构建非饱和土边坡数值模型,利用蒙特卡洛方法对不同降雨、土壤参数条件下模型边坡土壤孔隙水压力、土壤含水率与边坡稳定性关系进行研究.结果表明:低渗透性的黏性土边坡降雨下的稳定性降低的原因是非饱和区域含水率升高,基质吸力丧失,降雨结束后受水分迁移的影响边坡安全系数持续降低;高渗透性的粉质砂土和壤质砂土边坡降雨阶段雨水入渗...     

非饱和砂土−混凝土界面剪切强度试验研究

土-结构界面的剪切强度是分析土与结构相互作用的重要参数.通过GCTS压力板仪测定砂土SWCC曲线,用Geotest摩擦-剪切仪开展非饱和砂土与不同粗糙度混凝土界面的32组大型直剪试验,探讨基质吸力及界面粗糙度对界面剪切强度和剪胀性状的影响.试验结果表明:基质吸力和净法向应力对非饱和砂土-混凝土界面的硬化、软化以及剪胀特...     

条形荷载下加筋路堤边坡模型试验研究

研究目的:随着我国经济与交通运输业的快速发展,加筋土技术将越来越多的应用在路堤的修建中,用来提高路堤的承载力与稳定性并控制路堤变形。本文对未加筋、水平加筋、立体加筋黏性土路堤边坡进行多组模型试验,主要研究不同加筋形式、立体加筋不同竖筋高度对路堤边坡极限承载力、坡顶竖向沉降、坡面水平位移、筋材受力与边坡破裂面形态的影响,探讨两种加筋形式路堤的工作机理和加固机制。研究结论:(1)采用立体加筋方式对提高边坡极限承载力,控制坡顶竖向沉降与坡面水平位移的作用比采用水平加筋方式效果明显;(2)随着立体筋材竖筋高度的增加,边坡的极限承载力随之提高,坡顶竖向沉降与侧向位移也随之减小;(3)在相同加筋层数和加筋位置情况下,水平加筋与立体加筋形式下的筋材拉力分布规律基本相同,但立体筋材所受的拉力比水平筋材的大,即立体筋材能更好地发挥筋材的承载能力;(4)不论是水平加筋还是立体加筋路堤,其破裂面形态不同于未加筋时的连续圆弧破裂带,而是被筋条隔断为多个圆弧面,新产生的圆弧破裂面曲率增大,作用位置也更靠近路堤中部;(5)该研究结论可为加筋路堤边坡的设计和施工提供参考和技术支持。     

基于修正容重增加法的加筋土挡墙稳定性分析

在分析容重增加法基本原理和缺陷的基础上,提出容重增加法用于加筋土挡墙稳定性分析时的修正方法,给出容重增加法在FLAC3D中的实现步骤,并进行实例分析。研究结果表明:岩土体容重的增加会导致岩土体力抗剪强度的增大和筋材的抗拔力增加,其应用于加筋土挡墙稳定性分析时应进行必要的修正,证明提出的修正方法是可行且高效的。     

基于极限理论的抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析

采用加筋土挡墙单一结构加固高填筑边坡,其加固效果不理想且稳定性难以满足工程要求,因此抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析方法亟待深入研究。基于虚功原理和小应变假设,建立了抗滑桩-加筋土联合加固高填筑边坡受力变形的极限分析上限理论模型。通过能量平衡原理以及强度折减法,推导了组合加固高填筑边坡的安全系数计算表达式,并编制了计算程序将安全系数隐函数转化为数学优化问题进行求解。通过该方法求解了实际工程案例中加筋土、抗滑桩以及抗滑桩-加筋土组合支护边坡的安全系数,据此对比分析验证了基于极限理论方法求解边坡安全系数的合理性,进一步通过数值模拟,探讨了筋材长度对加筋土边坡、抗滑桩-加筋土组合加固边坡安全系数的影响,并对不同工况下边坡破坏模式展开分析。研究结果表明：坡体稳定性主要是由贯穿式滑动带控制,增加土工格栅长度能提高边坡安全系数,改变边坡的滑移形式;对于抗滑桩-加筋土联合加固边坡,在土工格栅长度相同工况下,增设抗滑桩可大幅度提高边坡的安全系数,使得边坡原有的滑裂面由浅层滑移向坡体深部下移,边坡破坏形式由开始2条贯穿滑裂面转变为单一未贯穿滑裂面;抗滑桩最大弯矩值随着土工格栅长度增加而增大,桩...     

差异沉降对加筋土挡墙筋带内力与变形的影响

采用正交设计进行加筋土挡墙缩尺模型试验。通过对筋带延伸率、筋带密度、筋带与面板连接方式三个可变因素的二水平4组试验,研究墙后填土与墙面板之间的差异沉降对筋带变形的影响。结果表明,差异沉降导致筋带不再保持原来的水平位置,其竖向变形可以用指数曲线描述。应用弹性薄膜理论与筋土相互作用耦合方程对筋带变形及内力进行的分析表明,差异沉降导致的筋带应变由水平位移和竖向挠度共同引起,该应变比常规设计中筋带应变大,将导致筋带受力条件恶化,挡墙安全度降低。     

煤矸石组合式加筋挡土墙现场试验研究

为研究煤矸石作填料时退台式格宾箱加筋挡土墙的工作性状及受力变形特性,通过对安化—邵阳(安邵)高速公路k128+675和k128+685的2个典型加筋挡土墙断面进行现场试验。对加筋挡墙墙后土体水平土压力、挡墙内部土体水平变形、挡墙内部垂直土压力以及筋材应变分布进行研究。研究结果表明:面墙后土体水平土压力随填土高度呈线性增长,在进行台前回填处理后,增长速率有所增加;墙后土体的垂直土压力为非均匀分布,在距墙面0.35倍筋长处出现峰值;筋材拉应变分布沿筋材铺设方向呈中间大两侧小的抛物线型分布,距墙面2.8~4.2 m范围内应变值较大;建议在施工过程中进行挡墙台前回填处理,能够较好地限制墙体侧移以及鼓肚现象。研究成果可为类似煤矸石填料加筋挡土墙工程提供参考。