基于二楔块法的加筋土挡墙屈服加速度及破坏模式极限分析

加筋土挡墙具有优越的抗震性能,并在土建工程中被广泛应用,因此,加筋土挡墙抗震设计方法的研究尤为重要。为了能够分析加筋体内部筋材布置方式、筋材抗拉强度等对屈服加速度的影响,假定破坏模式为双楔块模式,根据极限分析理论推导了加筋土挡墙屈服加速度系数表达式。与规范计算值相比,计算结果更接近模型测试值与数值模拟结果,同时计算方法可以反映模型的真实破坏模式。参数分析表明:屈服加速度随着筋材抗拉强度的增大而增大,特别是筋材长度较长时;随着筋材竖向间距的增大,屈服加速度逐渐减小;面板的宽度对屈服加速度几乎不产生影响;与面板宽度相比,筋材抗拉强度与竖向间距对加筋土挡墙破裂面形状的影响更大。

加筋土挡墙抗震分析中的屈服加速度

以前人加筋土挡墙动力试验为依据,将Newmark“滑块模型”引入加筋土挡墙的抗震分析中,用极限分析上限法推导出加筋土挡墙屈服加速度的解析表达式,并利用可变误差多面体法进行求解。参数敏感性分析表明,挡墙几何、填土及加筋的强度参数是影响加筋土挡墙屈服加速度的重要因素。所得结果具有良好的规律性,是位移控制抗震设计的基础。

重力式挡土墙地震旋转位移下的屈服加速度

旋转位移假设下,将挡土墙和填土看成一个系统,建立挡土墙在地震作用下的旋转破坏模式,应用极限分析上限法推导了系统外力功率和耗散功率,得到了水平屈服加速度系数的理论计算公式,并采用MATLAB语言进行数值求解,获得了破裂角和水平屈服加速度系数的数值解。计算公式考虑了填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角、竖向地震加速度系数、填土黏聚力、填土内摩擦角等对水平屈服加速度系数的影响。研究结果表明:填土与墙体接触面上的黏聚力、墙和填土的摩擦角和竖向地震作用对水平屈服加速度系数的影响显著,在实际工程设计中需合理取值以达到安全经济的目的。

含隧道边坡水平屈服加速度的上限分析

基于拟静力法和强度折减法,采用极限分析上限定理,推导了含隧道边坡在地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,该上限解考虑了隧道对边坡的影响。分别计算了边坡设计参数、岩土体的抗剪强度、浅埋偏压隧道设计参数等因素影响下边坡的水平屈服加速度系数极限值。根据正交试验法,给出了地震作用下含隧道边坡水平屈服加速度系数对各因素的敏感性大小。研究表明:边坡高度、坡角、岩土体黏聚力以及强度折减系数对水平屈服加速度系数的敏感性和影响程度均较大,而隧道距坡脚距离、隧道半径以及水平和竖向地震力比例系数的敏感性和影响程度则较小。

平均屈服加速度的Newmark滑块位移法

为了合理考虑坡底输入峰值地震动沿滑动体的弹性放大效应对滑动体屈服加速度和累计塑性滑移量的影响,采用蚁群复合形法结合常用的极限平衡分析法搜索潜在滑动体的位置,在Newmark"刚体滑块模型"基础上,采用滑动体的"平均屈服加速度"作为塑性滑移分析的屈服加速度,利用几种常用的刚体极限平衡分析法(LEM)推导诱发坡体失稳"平均屈服加速度"的解析表达式.算例分析表明,基于平均屈服加速度的Newmark滑移分析法的计算效率和计算精度均得以显著改善.

加筋土挡墙屈服加速度与永久位移特性的拟动力法研究

加筋土挡墙具有良好的抗震性能,广泛应用于地震带边坡加固防护工程,但是其强震荷载下的力学行为仍未有全面认识。而传统的拟静力法和安全系数控制设计方法不能考虑地震加速度时程特征,与地震作用的真实情况不符。该文在极限分析上限定理的基础之上,结合Newmark理论,采用拟动力法,考虑地震加速度的时程变化特征,推导计算加筋土挡墙屈服加速度与永久位移的计算公式,研究地震作用下加筋土挡墙的动力响应。最后通过算例对该方法进行了验算,计算分析地震作用下加筋土挡墙的屈服加速度与永久位移,研究水平地震加速度和竖向地震加速度对加筋土挡墙稳定性的影响。并与传统的拟静力方法结果进行对比,研究结果显示:拟静力法设计的加筋土挡墙可能偏于保守,可能造成不必要的浪费,经济上不合理。

多级支护边坡屈服加速度及因素敏感性分析

基于拟静力法,结合塑性极限分析上限定理和强度折减技术,推导了桩板式挡墙与二级锚杆挡墙支护高边坡地震作用下的水平屈服加速度系数的上限解,分别计算了多级支护结构总高度、边坡平台宽度、土的抗剪强度折减系数、桩板墙桩侧土压力分布经验系数、锚杆挡墙倾角、锚杆轴力及倾角等因素下,多级支护边坡的水平屈服加速度系数的临界极限值。根据正交分析法,给出了地震条件下基覆边坡水平屈服加速度系数影响因素的敏感性顺序。研究表明,多级支挡结构高度和锚杆轴力敏感性较大,而锚杆倾角、桩侧土压力分布经验系数和边坡平台宽度的敏感性较小。锚杆倾角、锚杆挡墙倾角、边坡平台宽度、桩板墙抗力及桩侧土压力分布形式的选择等,对水平屈服加速度系数的影响较小。土的抗剪强度参数中,黏聚力对水平屈服加速度系数的影响较小,而内摩擦角的影响较大。

加筋土挡墙抗震分析中的屈服加速度

加筋土挡墙的抗震设计是目前地震区工程设计急待解决的问题。作者在Newmark“滑块模型”基础上,用极限分析理论求解加筋土挡墙的屈服加速度,得出了一些有益的结论。

地形和土层参数对边坡屈服加速度及滑动面影响研究

采用有限差分软件FLAC 2D研究了不同地形和土层边坡的稳定性参数及滑动面特性。基于Mohr-Coulomb强度理论,通过拟静力法逐步增加水平向惯性力得到边坡屈服加速度,通过识别坡体最大剪应变增量位置确定边坡临界滑动面形状。分析不同坡高、坡角以及土体特性参数条件下边坡安全系数、屈服加速度及滑动面几何形状变化规律,得出了一些有意义的结论。

考虑时程竖向加速度的Newmark滑块位移法

利用改进的Newmark滑块位移法,采用时程竖向加速度计算屈服角加速度,运用拟静力极限平衡分析和地震动力反应分析计算土工结构地震永久变形。算例计算结果表明,屈服角加速度计算采用时程竖向加速度得到的滑动位移位于竖向加速度假定恒定向上或向下之间。适当改变筑坝土石料的动力刚度,研究了滑动体位移关于动力刚度的敏感性,为土工建筑物的抗震设计提供依据。

竖向地震加速度对堤坝抗震性能影响分析

将堤坝地震动力响应的有限元数值分析方法与坝坡地震滑移量的N ewm ark估算方法相结合,通过数值计算探讨了水平与竖向加速度组合作用下堤坝的抗震稳定性.首先以堤坝地震动力响应的二维平面应变有限元分析为基础,按照M akd is i与Seed所建议的计算方法估算堤坝安全系数的变化过程,依此对地震过程中堤坝的瞬态稳定性进行评价.对瞬时安全系数小于1的时段,采用N ewm ark方法估算滑坡体的可能滑移量,进而由此评判堤坝的抗震安全性.最后,针对一座高度为100 m的堤坝,分别采用正弦波和实际E l-C en tro地震加速度记录作为激励,通过具体数值计算讨论了竖向地震加速度对堤坝抗震稳定性的影响.研究表明竖向加速度对堤坝瞬态稳定性及地震滑移量均具有显著影响,在堤坝抗震设计中应合理地予以考虑.

L型加筋土挡墙地震动力响应理论分析

将L型挡墙与加筋土2种柔性支挡结构相结合,充分利用其良好的抗震性能,可用于地震多发区和高烈度区的支挡工程中。研究地震荷载作用下L型加筋土挡墙的破坏机制与动力响应问题。根据第二、第三滑裂面产生条件,提出踵板长度临界系数λ_(cr),以界定长踵板式和短踵板式2种破坏模式。假设填土滑裂面为直线,应用极限分析上限定理,采用Mohr-Coulomb破坏准则,分别建立2种破坏模式下L型加筋土挡墙临界状态方程,推导其地震屈服加速度系数。根据极值原理给出最优解,得到临界屈服加速度系数及其对应的填土滑裂面倾角,分析破坏模式与临界屈服加速度系数受几何参数、物理力学参数和加筋作用的影响。通过算例分析可知:加筋作用可有效地提高L型挡墙的抗震能力,改变其破坏模式;当设计筋材拉伸强度较大时,L型加筋土挡墙只发生长踵板式破坏。

我国中、低烈度区罕遇地震设防水准的选取

采用概率地震危险性(PSHA)方法计算了我国中、低烈度区位于主要经济带内的28个大中城市50年超越概率3%和2%的地震动峰值加速度,为比较中、低烈度区罕遇地震不同设防水准的影响提供了定量数据;计算了中、低烈度区50年超越概率3%和2%地震作用下对应的建筑结构的屈服加速度,评价其抗震能力。结果表明:50年超越概率2%对应的屈服加速度明显大于50年超越概率3%的对应值。根据分析结果,建议抗震设计规范将中、低烈度区罕遇地震的设防水准统一至50年超越概率2%。

基于位移的模块式加筋土挡墙抗震设计方法研究

性态设计是支挡结构工程抗震设计的前沿科学问题。以模块式加筋土挡墙为试验对象,通过振动台试验,探究模块式加筋土挡墙的变形模式;收集归纳挡土墙位移计算方法,分析不同破坏模式下屈服加速度系数分布规律;对比不同计算方法计算值与实测值的一致性。研究结果表明:挡墙的位移模式为平移与转动耦合,且以转动为主;不同破坏模式下安全系数法求解的屈服加速度系数均随输入加速度幅值增大而减小,简便方法和能量法所得屈服加速度系数为常数;将屈服加速度系数代入不同位移计算方法对比,提出在不同峰值加速度时,可分别采用Richards and Elms上限法(0.4g以下)、Cai and Bathurst平均上限法(0.4g~0.6g)、Newmark上限法(0.6g~0.8g)、Whitman and Liao平均拟合法(0.8g~1.0g)进行位移计算。最后,对模块式加筋土挡墙的抗震设计流程进行归纳。

海啸作用下滨水挡土墙抗震转动稳定性上限分析

地震诱发的海啸对沿海围护结构的破坏具有强度大的特点。滨水挡土墙作为重要的围护结构,海啸与地震的联合作用极易造成其发生绕墙踵的被动破坏。采用条分法,将土楔体分割成无数平行于破裂面的刚性土条,并建立绕墙踵转动的挡墙与刚性土条之间的速度容许场。基于极限上限理论,依据外力做功功率等于其内能耗散功率,推导了地震加速度系数的表达式。与经典极限平衡理论相比,该方法考虑了挡墙的位移模式,且无需假设地震土压力的作用位置。分析了浪高与海平面高度之比,内摩擦角φ及墙土摩擦角δ对滨水挡土墙稳定性的影响。

地震作用下锚固土质边坡稳定性解析

极限分析上限方法在边坡地震稳定性评价中受到了广泛关注,但已有研究成果均针对某一类具体边坡,获得的解析解往往不具有普遍适用性。以上限定理为基础,基于组合对数螺线的旋转破坏机制,采用拟静力法,推导了具有任意坡面几何特征、任意土层分布和多排锚加固的复杂边坡外功率与内能耗散率平衡方程。在此基础上,结合强度折减技术和最优化方法,提出了地震作用下多排锚加固复杂边坡的稳定性安全系数和屈服加速度系数解析式,并结合Newmark法求解了边坡的永久位移,发展了锚固土质边坡地震稳定性的通用极限分析上限方法。通过典型算例验证与对比分析,表明本文方法具有较高的精度和广泛的适用性,最后将这一方法应用于实际工程。

岩质高切坡预应力锚索超前支护研究

采用极限分析上限定理研究遵循Hoek-Brown强度准则岩质高切坡超前支护问题。首先研究无支护岩质高切坡的稳定性,给出无支护岩质高切坡稳定计算方法;其次,分析预应力锚索超前支护岩质高切坡的力学机制,推导相关计算公式和预加固荷载确定方法;最后分析加固岩质高切坡在地震荷载下的临界屈服加速度及其永久位移。揭示了开挖方式、强度参数对预应力锚索加固岩质高切坡的影响。

超前支护桩加固高切坡的静动力响应与永久位移预测研究

在西部山区的城镇化建设中,常因土地资源稀缺而不得不利用坡地资源。然而如果不当切坡,就可能引发其失稳滑塌,给工程建设和人民生命财产造成重大危害。为此,以极限分析的上限定理为手段,分析了不同切坡方式和不同土体抗剪强度对高切坡稳定性的影响。并基于超前支护理论,研究了危险高切坡的超前支护方案,给出了超前支护桩的抗力荷载的计算方法。最后,在考虑有地震荷载作用的条件下,分析了高切坡超前支护体系发生永久位移的临界加速度条件和永久位移大小,最终为高切坡超前诊断与支护设计提供一个完备的解决方案。

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。

基于实际震害的土石坝永久变形估算

土石坝地震震害主要表现为震后永久变形,利用永久变形来评价大坝的抗震稳定与安全更为合理可行。本文结合30余座土石坝的震害资料,研究了土石坝的自振周期等基本自振特性,同时对场地地震卓越周期、滑块屈服加速度与大坝最大加速度反应等主要影响因素进行了深入分析,提出了基于土石坝实际震害的永久变形计算公式,并与Makdisi、Sarma等方法的计算值进行比较,该方法具有较好的计算精度。