挡土墙地震土压力的统一解

针对地震作用作用下,墙背及填土面倾斜,填土为黏性土并且表面作用超载的挡土墙地震土压力计算问题,假定填土滑裂面为通过墙踵的平面,将地震作用拟静力为水平向与竖直向惯性力,根据极限平衡原理,采用微分层解析法和图解法,推导了挡土墙地震土压力的统一解,经典Mononobe-Okabe理论为其特列,通过相关文献算例比较验证了本文方法的合理性。

考虑变形影响的重力式挡墙地震土压力分布

利用汶川地震丰富的近场实震资料,分析总结了地震作用下挡墙的变形破坏模式,指出挡墙的变形模式与地基基础关系最为密切。位于岩质地基上的挡墙主要发生倾斜变形,位于土质地基上的挡墙则主要发生推移变形。在此基础上,基于温克勒地基模型,将土体看做是一系列弹簧和理想刚塑性体的组合体,分析得到了不同变形模式下挡墙地震土压力及其合力作用点的计算方法。结果表明:不同变形模式下挡墙的地震土压力分布特征各异,除平移模式外,其余变形模式下挡墙地震土压力随深度都呈非线性分布;位于岩质地基上的挡墙发生变形后地震土压力的合力作用点要比土质地基上的挡墙高。通过开展位于岩质地基和土质地基上挡墙的振动台模型试验,对文中提出的挡墙地震土压力计算方法进行了验证,发现试验结果和理论分析结果较相吻合。

挡土墙地震土压力的拟动力分析

基于均匀土层剪切梁理论建立了边坡水平地震动力运动方程,得到了边坡坡后土体的水平位移和加速度响应。将水平加速度应用到挡土墙地震土压力拟动力分析中,对坡体刚性假定和加速度沿坡高恒定的不足进行了改进,推导出主动、被动土压力的计算公式。结合实际工程分析了墙后填土面倾角、填土内摩擦角、挡墙与填土界面摩擦角对于总土压力大小的影响,并与传统的拟静力法和拟动力法进行了比较,结果表明:地震土压力随着时间呈一种类似正弦或者余弦状波动;随着墙后填土面倾角增大挡土墙地震总主、被土压力的也呈逐渐上升趋势;随填土内摩擦角、以及挡土墙与填土界面摩擦角的增大挡土墙地震总主动土压力逐渐减小,而被动土压力则随之增大;传统的计算方法由于计算值偏小而不安全。

挡土墙地震土压力及其分布

采用Mononobe-Okabe理论的基本假设，给出了地震加速度沿墙高均匀分布和线性分布两种情况下的地震土压力强度、地震土压力合力和地震土压力合力作用点的理论公式，并研究了有关因素对地震土压力及其分布的影响。结果表明，地震土压力合力与Mononobe-Okabe理论给出的结果相同，地震土压力强度为非线性分布，地震土压力合力作用点在基础以上0.42-0.46倍墙后填土高度处，与大量实验研究成果相吻合。

岩石场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

结合汶川震区调查资料,利用大型振动台模型试验,分析了碎石土填料的岩石场地重力式挡土墙的地震土压力及其分布规律,并以此对我国现行铁路、公路抗震规范做合理性讨论和细化。研究发现,地震作用下,挡土墙的动土压力沿墙高呈单峰曲线状分布,且60%～80%集中作用于挡墙中部;随着地震峰值加速度的增加,地震土压力分布逐渐偏离现行振震设计规范所认为的三角形线性状,而呈现非线性状;合力作用点高于1/3墙高,0.4g地震加速度作用下,接近0.4倍墙高,对岩石场地下粗粒径墙背填料的地震土压力作用点高度,建议取0.35倍墙高。对比计算表明,现行规范能基本满足工程抗震设计需要,但建议对柔性挡土墙的抗震设计作出必要规定。

软土地下结构的地震土压力分析研究

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析基础上,采用一种能够全面考虑软土振动孔压上升及消散、震陷、土-结构动力相互作用等因素的软土地下建筑物抗震稳定分析方法,对上海地铁一号线典型地铁车站结构进行地震土压力计算分析。据此对各类常用地震土压力简化计算方法进行评价,为今后改进地震土压力计算方法、提高软土地下建筑抗震设计水平提供了依据。

非均质填土刚性挡墙的地震土压力分析

针对目前采用剪切梁模型计算挡墙地震土压力时,均假定墙后土层为均质土层,提出了采用离散化剪切梁的分析模型,计算墙后土层为非均质时刚性挡墙的地震土压力.首先,假定剪切模量随深度成幂函数分布,推导了非均质土层中连接弹簧的剪切刚度;再对不同剪切模量情况下地震引起的土压力增量的分布形式、土压力合力增量和合力增量作用点等进行分析讨论;最后,对该模型与Veletsos模型和Scott模型的计算结果进行对比分析.结果表明:土层的剪切模量分布形式对土压力增量的分布形式、土压力合力增量和墙底剪力增量影响显著,对合力增量作用点和墙底剪力增量的放大倍数影响很小.

挡土墙地震土压力拟静力法第二破裂面判别

基于拟静力法原理和地震角旋转,提出地震工况下挡土墙的陡/坦墙判据及第二破裂面倾角算式。地震工况坦墙临界角更陡,沿用传统坦墙判据易造成误判。对比表明,墙背角处在误判区间时,按误判(陡墙)的物部-冈部公式计算偏于危险,而基于新判据及其坦墙模式计算的水平分力更大而竖直分力更小,不仅力学意义更合理,且用以检算偏于安全。

强震区板桩结构成层土地震土压力的计算方法

物部-冈部公式广泛应用于地震作用下的土压力计算,但因其适用条件的局限性,不能用于板桩墙后既含砂土又含有黏土的非均质土,且国内外规范对此类成层土的地震土压力计算没有统一的规定。总结国内外规范中成层土地震动土压力计算方法,找出其本质差异,在前人研究基础上引进整体极限平衡方法,结合SLOPE软件,得出强震区板桩结构成层土地震土压力的计算方法,并通过海外强震区港口工程实例验证,为同类工程提供参考。

重力式挡土墙地震土压力计算方法及抗震措施研究

对重力式挡土墙在地震荷载作用下的破坏机理和破坏形式及其原因进行系统地分析,基于上述研究,结合库伦土压力理论基本假设,同非地震荷载作用下重力式挡土墙的土压力计算方法进行对比分析,提出了重力式挡土墙在地震荷载作用下的土压力计算方法,针对不同破坏形式给出了合理有效的抗震措施。

挡土墙地震土压力计算方法研究综述

针对当前我国现行规范中地震土压力计算方法属于静力学范畴,忽略了地震波的动力效应的现状,为进一步了解实际地震作用下挡土墙墙背土压力情况,按拟静力、拟动力、动力分析的思路总结了地震土压力计算方法的研究现状和进展,评述了拟静力法、拟动力法、弹性波法、数值法等各方法的优缺点,并指出各方法存在问题和今后发展趋势。结果表明:地震作用的复杂性,使得在地震土压力计算既要考虑静力因素,如:填土性质、墙背形式和地层分布;又要考虑动力因素,如:表面荷载和地震动特征。考虑因素的不同使得各方法存在一定局限性。目前对于不同地震土压力计算方法仍需解决4个方面问题:(1)对拟静力法,考虑填土参数和动力荷载的影响,提出合理地震参数。(2)考虑瑞利波影响,提出更加合理的拟动力法地震土压力计算公式。(3)提高弹性波法在大应变荷载下的适用性。(4)寻找合理的参数获取途径,提高数值法中弹塑性非线性本构模型模拟精度。

土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

汶川震区路基挡土墙震害表明,地震动荷载作用下重力式挡墙的位移、破坏与基础场地形式有关,除岩质场地和土质场地挡墙所共有的外倾形式,土质地基挡土墙还表现有整体推移及下部向外推移的倾转变形等复杂模式,因此地震土压力大小及分布也将受到这种复杂土-结相互作用的影响。基于碎石土及风化花岗岩填料的土质场地重力式挡土墙大型振动台模型实验,对挡土墙地震土压力及变形模式开展了对比研究,发现在强震作用下,土质地基挡墙因基础约束较弱而产生位移,并伴随明显的墙—土分离现象,致使实测地震土压力较之抗震设计规范计算值偏小(0.4g峰值加速度下约小6%～15%),但作用点高度变化不大。由实验结果与现行抗震规范计算值的安全系数对比,认为对土质场地挡墙的地震土压力计算,按现行国内抗震设计规范基本能满足实际工程抗震设计需要;对于地震区挡墙设计,在允许挡墙发生少量容许位移的前提下可采用内摩擦角较大、自稳能力更好的墙背填料以减少地震土压力。

水平柔性拉筋式重力墙地震土压力拟静力分析方法

水平柔性拉筋式重力墙是一种新型耐震结构,为研究墙后地震土压力,运用拟静力法并基于塑性极限分析上限原理,采用平面滑动破坏机构,考虑拉筋拔出和拉断两种破坏模式,推导墙后地震土压力的计算公式,并通过数值模拟方法进行验证,且讨论了填土内摩擦角、黏聚力、墙背外摩擦角、拉筋间距、极限拉力以及拉筋长度对地震土压力的影响特征。实例分析结果表明:随填土强度参数的增大地震土压力总体呈非线性减小,墙背外摩擦角对地震土压力的影响较小;随拉筋竖向间距增大,土压力呈非线性增大,但增幅渐小;拉筋极限拉力达到一定值后,对土压力没有影响;随拉筋长度在一定范围内的增加,墙后土压力逐渐减小。

考虑动力特性的挡墙地震土压力计算方法

地震土压力的计算一直是挡墙抗震设计的核心内容,目前一般采用MononobeOkabe理论进行拟静力计算得到。但是拟静力法的缺陷也十分明显,它没有考虑地震加速度时空分布的不均匀性和结构与填土的动力特性影响,因此,该文提出了考虑动力特性的挡墙地震土压力计算方法,除拟静力法中涉及到的墙背摩擦角、土体摩擦角等参数以外,此计算方法还考虑了土体粘聚力、墙体和填料的放大效应、地震剪切波和纵波的时程与相变效应等影响因素,并且可以直接得到地震时墙背土压力的非线性分布的解析解。较拟静力法,此方法更为完善,也更具合理性。

一种考虑主应力偏转的平移挡墙地震土压力算法

遵循Mononobe-Okabe理论,考虑墙后破裂体内的主应力偏转,并假设小主应力偏转迹线形状为圆形下段部分的一段,通过转动挡土墙的解析模型,再结合库伦土压力的相关概念得到地震主动破裂角。采用微分薄层法,对墙后滑裂微元体进行应力解析,推导得到平移模式(T模式)下的地震主动土压力的计算公式,并分析了土中各参数以及地震动系数对地震土压力的影响情况。本文旨在改进地震土压力算法,不仅在计算中考虑了主应力的偏转,而且大大简化了地震土压力的计算过程。最后将计算值与前人方法及试验数据进行对比,结果显示本文算法得到的地震主动土压力分布与模型试验数据更为吻合。

核电厂地下室外墙地震土压力计算方法对比分析

由于地震作用的影响,地下室外墙地震动土压力的计算变得十分复杂。目前国内尚未明确核电厂地下室外墙地震土压力的计算方法,Mononobe-Okabe理论由于其自身理论假定,并不适用。文中结合某核电厂工程实例,分析对比了欧洲抗震设计规范“Eurocode 8”、美国“ASCE 4-98”、国内《水工建筑物抗震设计标准》3种计算方法,其中“ASCE 4-98”简化公式法采用弹性理论得到地震土压力及合力作用位置,结果偏于安全且便于计算,在实际工程设计中可采用此方法进行计算。

一种挡土墙地震土压力作用点计算的新方法

本文介绍了一种挡土墙地震土压力作用点的计算方法。以Kotter方程为基础,假定挡土墙破坏面为平面,求出了挡土墙在地震影响下的主动和被动土压力作用点。分析了被动状态下竖向地震加速度系数及墙体摩擦角对挡土墙土压力作用点的影响,并和以前的不同方法计算的l值以及试验得到的l值进行了比较,该法所得结果与前人试验结果最接近,表明该方法是可行的。

柔性拉筋式重力墙地震土压力计算方法研究

为有效确定地震荷载作用下柔性拉筋式重力墙的土压力,基于塑性极限分析上限法及拟静力法,采用对数螺旋面作为滑裂面,通过对挡墙后填土进行内能耗散功率与外力功率的计算,建立了拉筋式重力墙地震土压力分析模型。通过算例分析,对比数值模拟与研究提出的算法结果,验证了所提出算法的合理性,并就填土及拉筋的相关参数对地震土压力的影响进行了讨论。结果表明:随着填土强度参数的增加,地震土压力呈非线性减小;土压力随着土工格栅间距的增大而呈非线性增大;随着顶层拉筋长度的增加,土压力呈非线性减小趋势;当顶层拉筋长度大于10 m时,土压力值基本不变。

水位变化下含裂缝非饱和土挡墙的地震主动土压力研究

高烈度区挡墙抗震设计的主要荷载是地震主动土压力。首先根据水位、缝深和墙踵的相对位置关系,提出了含裂缝非饱和土挡墙在高、中、低水位下地震主动土压力分析的3种力学模型;继而通过拟动力法计算墙后滑动土体的地震效应,运用非饱和土力学原理与极限平衡法建立了水位变化下倾斜挡墙的地震主动土压力解答,并给出了迭代应用步骤、对比文献理论解答与振动台实测;最后探讨了水位、缝深以及土体非饱和特性对地震主动土压力系数的影响规律。研究结果表明:所得非饱和土挡墙地震主动土压力解答综合考虑了水位、缝深与土体非饱和特性,能退化为经典土压力公式,与文献理论解答、振动台实测吻合良好且应用较便捷,具有重要理论意义和良好的应用前景;地震主动土压力受水位、缝深、基质吸力、吸力分布与吸力角的影响均很显著,需采用工程措施维持基质吸力、吸力分布、低水位、小缝深等稳定存在以优化挡墙抗震设计。

悬臂式挡土墙地震主动土压力计算方法

为确定悬臂式挡土墙立臂的地震主动土压力,针对墙后填土的5种可能失稳破坏模式,基于对数螺旋式滑裂面形态,采用极限分析上限定理与拟静力法推导了作用于假想坦墙背上的地震土压力合力;在此基础上,对坦墙背后滑楔体、立臂与坦墙背之间的土体分别采用斜条分与水平条分法,并通过土压力合力的上限解对坦墙背上的土压应力进行修正,进而求得立臂上的土压力分布。实例分析表明,立臂静土压力沿深度分布呈顶点位于下部的抛物线模式;地震土压力分布一般呈非线性递减模式,计算值与试验值有良好的一致性;两种工况下合力作用点分别位于立臂下半段与上半段。参数分析显示,水平地震影响系数、踵板宽度和立臂倾角的增加均使立臂中上部地震主动土压力显著增大;地震条件下增长踵板宽度会导致立臂受力增加。在强震条件下,本法得到的立臂土压力比铁路规范法的结果高出约9%~14%,立臂底端弯矩更显著高于规范法结果,规范法进行强震条件下悬臂墙的抗震设计可能偏于不安全。