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。     

路堤式与路肩式加筋土挡墙的现场试验与分析

通过对铁路路堤式及路肩式加筋土挡墙的墙面板水平土压力、墙后土中垂直土压力及加筋材料变形的现场原位试验,得到了两种加筋土挡墙面板水平土压力、墙后土中垂直土压力、拉筋材料变形的变化规律,并对两种挡墙的破裂面进行了探讨。两种加筋土挡墙的面板水平土压力沿墙高均呈曲线型分布;墙后土中实测垂直土压力与理论值的差别随距墙面板距离的增加而线性增大;同一层拉筋变形的平均值随墙高增大而线性增大;列车运行荷载对面板水平土压力及墙后土体的垂直土压力和拉筋的变形影响均较小。     

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。     

铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙现场试验研究

以成昆铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙为工程依托,通过现场原型试验,研究挡墙基底垂直应力、返包体背部水平和垂直土压力、不同层位土工格栅应变、墙体压缩量及墙面水平位移的变化规律。结果表明:基底垂直应力沿筋长呈双峰分布,靠近返包体处基底垂直应力随时间而减小,其余部位随时间而增大;返包体背部水平土压力、垂直土压力沿墙高方向呈非线性分布;格栅应变随时间呈双峰变化,且从墙体底层至顶层,变化速率逐渐增大;面板完成后,墙体压缩量增长速率明显减小,路中墙体压缩量大于路肩墙体压缩量;墙面总体水平位移小于1 mm;挡墙的抗震性能良好,发生5.1级和3.3级2次地震后,基底垂直应力最大增大4.9%,返包体背部水平土压力减小3.6%～20.0%,垂直土压力减小2.0%～7.9%,格栅应变、墙体压缩量和墙面水平位移均略有增大。     

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。     

土工格栅加筋土高挡墙的现场试验研究

通过对3个不同土工格栅加筋土高挡墙的现场试验,研究土工格栅加筋土高挡墙的墙底压力、筋材变形及破裂面。研究结果表明：墙底压力的分布存在单峰现象,且墙底压力实测值大于γ.H;筋材变形沿横断面的分布出现双峰现象,墙面附近出现峰值主要是受施工工艺和墙面侧向约束的影响;随着填料填筑高度的增加,筋材变形不断增大,工后观测阶段筋材变形值在一段时间内逐渐减小,即从筋材被拉断这一破坏形式上分析,设计的最不利工况发生在施工阶段末期;对应筋材变形出现的双峰值得出挡墙的2条实测破裂面,破裂面1靠近墙面,不代表主动土压力破裂面,破裂面2代表主动土压力破裂面。因此,建议墙底压力的设计安全储备应提高,筋材的设计要考虑施工工艺和墙面侧向约束的影响。     

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。     

预应力加筋土挡墙变形性能研究

采用有限差分数值方法研究预应力加筋土挡墙的侧向变形和沉降规律。填料采用双曲线型塑性硬化本构模型,计算过程中考虑填筑和压实过程,采用模型试验的结果验证了数值方法。针对填料的密实度、桥台基础边缘距墙面板距离、预应力筋的轴向刚度建立分析工况。研究结果表明:顶部荷载作用下,预应力挡墙的墙面板位移、顶部沉降均比未施加预拉力的挡墙明显减小;填料的密实度和桥台基础边缘距墙面板的距离对墙面侧向位移影响最大;提高预应力筋的轴向刚度有利于减小挡墙的变形。     

“5.12”汶川地震中高大加筋土挡墙破坏机理研究

为了进一步研究高烈度区加筋土挡墙的破坏机理,以5.12汶川地震中发生破坏的一处高大加筋土挡墙为实例,建立数值模型,利用现场实测数据,通过有限元软件的计算,得出了加筋土挡墙在不同烈度地震作用下墙体面板的水平位移、墙后土体的水平加速度及墙背土压力沿墙高的分布情况。其次,通过有限元结果与挡墙实际破坏情况的比较,分析了该加筋土挡墙的抗震破坏机理。最后,对以上分析结果进行了总结,并对高烈度区两级加筋土挡墙的抗震设计及现场施工提出了合理性建议。     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙的试验研究

为了研究高速铁路土工格栅加筋土挡墙在高速列车荷载作用下的受力和变形状态及其作用机理,通过室内模型试验模拟高速列车动力荷载作用,对加筋土挡墙墙内竖向和水平动土压力、墙顶累积竖向沉降、墙面累积水平位移等分布规律进行了研究。试验结果表明,加筋土挡墙模型在经受120万次的动荷载作用后,挡墙内外部未出现明显的破坏;在动荷载作用下,墙面累积水平位移及墙顶累积竖向沉降均不超过挡墙高的1%,加筋土挡墙结构具有良好的稳定性。     

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。     

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。     

格栅加筋黏性土挡墙黏弹塑性有限元分析

研究目的：针对格栅加筋黏性土挡墙，采用5元件西原流变模型和黏弹性模型分别考虑黏性回填土与筋材的流变特性，通过合理考虑筋材、填土与面板间的相互作用效应和加筋逐层填筑过程，编写了分析加筋黏性土挡墙工作性能的二维有限元数值程序，并以Denver黏性土试验挡墙为例，对加筋黏性土挡墙长期工作性能进行评价。研究结论：有限元数值模拟结果与实测值吻合较好；挡墙面板侧向变形及试验墙顶部沉降受土体和筋材的蠕变特性影响明显；筋材应力在开始阶段变化明显，且有不同程度的增加，随着载荷持续时间的增加，筋材应力开始变小，筋材处于应力松弛状态。     

整体现浇面板包裹式加筋土挡土墙施工工艺

重力式挡土墙施工方便、技术成熟,但主要依靠自重平衡土压力,故受地质条件的影响较大。加筋土挡土墙依靠筋土间的摩擦力平衡土压力,其变形协调能力大,地形适应能力强,但挡墙面板的制作和安装复杂。为了结合二者的优点并克服各自的缺点,改建铁路成昆线峨眉至米易段在现有的研究应用基础上采用了一种整体现浇面板包裹式加筋土挡土墙,现浇面板通过连接钢筋与墙后包裹体构成整体来平衡墙后土体压力,同时作为裸露在外面的土工格栅的保护层。整体现浇面板包裹式加筋土挡土墙施工工艺的优劣直接影响其支挡性能,通过总结现场的施工经验,从施工工艺的角度讨论了保证施工质量的技术要点。     

高路堤加筋土挡土墙的设计

重点介绍广 (通 )—大 (理 )线弥渡火车站高路堤加筋土挡墙设计方案比选、拉筋设计、拉筋抗拔稳定检算以及面板和其他构造的设计 ,并对筋土之间的摩擦系数取值方法进行讨论。     

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。     

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.     

一维稳态流下考虑土拱效应的非饱和土主动土压力分析

为分析一维稳态流下非饱和土的主动土压力,将基质吸力的竖直分布应用于Bishop非饱和土抗剪强度理论中,考虑土拱效应分析墙后非饱和土的应力状态,基于有限差分法建立非饱和土的主动土压力、合力及其作用位置的计算方法。计算结果表明:由于墙面剪应力的作用,挡土墙上部的主动土压力大于扩展朗肯主动土压力,下部的主动土压力小于扩展朗肯主动土压力,扩展朗肯主动土压力是该土压力解的一个特例;地下水位与流动比是影响非饱和土主动土压力的关键因素。     

水泥土搅拌挡墙的侧向位移分析与计算

将水泥土搅拌桩在基坑面处分为上下两段，土的水平抗力分别采用主动土压力“ｍ”法进行计算，按弹性理论推导了挡墙面顶的侧向位移计算公式，编制了计算程序，并将计算值与实测值进行了比较。