水平-竖向加筋土挡墙作用机理的离散元数值模拟

在水平-竖向(H-V)加筋土挡墙室内模型试验的基础上,采用基于离散元理论的颗粒流软件(PFC)对试验进行了仿真模拟.就PFC模拟得出的挡墙变形和竖筋侧应力等数据,与模型试验结果进行了比较和验证.同时,结合挡墙内部土颗粒位移和应力矢量图研究了H-V土加筋挡墙的作用机理及破裂面形式.

水平-竖向组合式加筋土挡墙土-筋相互作用机理

在水平加筋的基础上布置竖向筋条,实现"立体"加筋,同时使土体和筋条之间的相互作用关系变得更加复杂。采用有限元方法,通过建立加筋土结构模型来分析水平-竖向组合式(H-V)加筋土挡墙中土-筋的相互作用关系,并且运用强度折减系数法,分析水平加筋土挡墙和H-V加筋土挡墙达到极限破坏时的安全系数,同时比较两者达到极限破坏时其塑性区域的分布状况。

复合格宾土工格栅加筋土挡墙模型振动台试验

复合格宾土工格栅加筋土挡墙已被广泛应用于公路、铁路工程。为探究复合格宾土工格栅加筋土挡墙的动力响应,开展了复合格宾土工格栅加筋土挡墙振动台模型试验,研究在地震荷载作用下挡墙的加速度放大系数、竖向沉降、水平位移等动力特性。试验结果表明:当地震动峰值加速度为0.8g时,挡墙处于整体稳定状态;加速度在墙后填土中沿墙高呈现非线性增大的趋势,与《公路工程抗震设计规范》中规定的趋势一致;顶部竖向沉降最大值为3.48 mm,沉降墙高比为0.174%,远小于美国AASHTO规范的2%限值;随着输入地震动时程峰值的增大,挡墙水平位移沿墙高逐渐增加,墙体变形模式由转动为主过渡到平移、转动耦合,地震永久位移达到了墙高的1.06%。

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应(即P-Δ效应)以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明:推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。

水平-竖向加筋饱和砂土动弹性模量试验研究

利用美国GCTS公司研制的USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪,在不同围压下对以有机玻璃作加筋材料的H-V加筋饱和砂土进行了一系列循环荷载下动三轴试验,研究了H-V加筋饱和砂动弹性模量及阻尼比随围压、动应变、竖筋高度的变化规律,从而得到最大动弹性模量与围压的关系。试验表明,纯砂和加筋砂的动弹性模量都随动弹性应变幅的增大而减小,随围压的增大而增大,且H-V加筋砂较纯砂和水平加筋砂有效地增大了动弹性模量,并随着竖筋高度增加而增大;纯砂和加筋砂的最大动弹性模量随着围压的增大而增大,且H-V加筋随竖筋高度增加而增大;纯砂和加筋砂的阻尼比随动弹性应变幅的增大而增大,纯砂和H-V加筋砂的阻尼比随围压的变化不够显著,但有减小的趋势,H-V加筋砂阻尼比随竖筋高度的变化不明显,但加筋砂比纯砂有效地减小了阻尼比。

水平筋形式对水平-竖向加筋砂土强度的影响

选用有机玻璃作为加筋材料,针对不同的水平筋形式(带孔、满布)、竖筋高度以及不同围压下的水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋砂土,进行100多组平面应变试验.研究不同的水平筋形式对H-V加筋砂土强度的影响,同时验证竖筋高度和围压对强度的影响.试验结果表明,水平筋带孔时,H-V加筋砂土的强度优于满布情况下的强度.这主要是因为孔洞能够将轴向荷载传递给下部土体,使竖筋不会过早破坏,孔洞自身也形成了一种格室效应,增强了土体的强度.同时,孔洞的大小对加筋土体强度也有一定的影响,验证了竖筋高度存在最优值.

加筋土挡墙的土压力试验与数值分析

依托高速公路加筋土柔性挡墙建设项目,对钢丝网加筋土挡墙进行现场监测分析,研究此种新型加筋挡墙结构形式在逐层填土过程中以及施工结束后,水平方向和竖直方向土压力的分布规律;借助数值分析软件FLAC,对双绞合六边形钢丝网加筋土挡墙进行了数值模拟.研究表明,墙底处水平、竖直和45°三个方向的土压力随着填土高度的增加而增大,施工完成后趋于稳定;各层筋材处竖向土压力随着填土高度的增加而增大,对于同一层筋材不同位置,竖向土压力分布不均;随着填土高度的增加,墙后水平土压力先增大后减小,呈单峰变化,数值模拟与实测值变化规律基本一致.

多层建筑结构水平剪扭-竖向地震反应的智能复合隔震控制

本文在提出了"碟形弹簧-橡胶隔震垫"和MR阻尼器组合而成的智能复合隔震系统的基础上,建立了智能复合隔震系统对多层建筑结构"水平剪扭-竖向"地震反应控制的设计计算方法。提出了智能复合隔震系统对建筑结构水平地震反应的模糊半主动控制策略和对建筑结构竖向地震反应的被动控制方法。以一个五层框架结构为例进行了仿真分析。分析结果表明,本文提出的智能复合隔震系统是一种十分简单和有效的隔震系统。它可克服建筑结构常规隔震系统的两个主要缺点,有效地抑制多层建筑结构的多维地震反应。

H-V加筋饱和砂土性状的三轴试验研究

进行了H-V(水平-竖向)加筋饱和砂土固结不排水三轴试验。加筋材料采用镀锌铁皮和有机玻璃两种不同材料,在不同竖筋高度、不同围压下共进行了44组试验,研究了加筋饱和砂土的应力-应变关系、孔压-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋饱和砂土强度的影响,同时比较了立体加筋与土工格室加筋的异同,对饱和紧砂的空化现象及其影响进行了分析。试验结果表明,相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其抗剪强度均有大幅度提高;尤其是镀锌铁皮加筋,不仅提高了饱和砂土的有效黏聚力,也提高了有效内摩擦角,同时改善了砂土的延性。

H-V加筋黏性土的强度与变形特性

在提出非满布的H-V(水平-竖向)加筋的基础上,设计了非满布多层H-V加筋黏土的试验方案,以镀锌铁皮和有机玻璃为加筋材料进行了44组固结不排水三轴剪切试验。通过不同竖筋布置的加筋黏土三轴试验研究了加筋黏性土的应力-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋黏土强度的影响。试验结果表明:相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其峰值偏应力和抗剪强度均有大幅度提高。

尼龙板-高阻尼厚层橡胶支座力学性能试验研究

隔振支座用于工业厂房楼层内的机械隔振,但传统的叠层橡胶支座存在重量大、造价高的缺点。采用尼龙板替代传统橡胶支座中的钢板,高阻尼厚层橡胶替代传统橡胶层,形成一种简易机械隔振支座,其具有质量轻、造价低的优点。进行了尼龙板材料性能试验和隔振支座的水平剪切、竖向压缩和极限压缩等力学性能试验,分析了压应力、剪应变、加载频率、橡胶剪切模量对支座力学性能的影响。结果表明:尼龙板-高阻尼厚层橡胶支座力学性能稳定,尼龙板可以替代传统叠层橡胶隔振支座中的钢板;支座的水平剪切性能具有较强的剪应变相关性和压应力相关性,而加载频率对其影响则较小;增大橡胶的剪切模量可以显著提升支座的水平剪切性能和竖向压缩性能,但也会进一步削弱水平剪切性能的剪应变相关性和压应力相关性。

水平和竖向地震作用下液化场地群桩基础动力响应试验研究

为研究水平和竖向(双向)耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应,设计了可液化地基-群桩基础-框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励,通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果,进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明:双向耦合地震作用下,液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大;饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关;相比水平地震作用,不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大,桩顶应变峰值变化略有不同;双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。

双向地震作用下液化水平和倾斜场地-桩基-桥梁结构地震反应的差异研究

根据已经完成的液化侧向扩展场地-群桩基础-上部结构体系大型振动台试验,在有限元软件OpenSees中建立了可液化倾斜场地振动台试验的有限元模型。通过与试验结果对比,验证了数值模型的可靠性。基于此,建立了典型水平和倾斜液化场地-桩基-桥梁结构体系的数值模型,讨论了双向地震作用下水平和倾斜场地体系地震响应的差异,结果表明:相比水平场地,倾斜场地超孔隙水压力在峰值阶段波动幅度更大,土体的侧向位移增加明显,尤其是在饱和砂土中部位置;倾斜场地中桩基础的破坏程度更大,可液化层中部桩基曲率最大可增大约13倍,桩身水平位移显著增加;而水平场地桥墩曲率比倾斜场地桥墩曲率大,建议在液化场地桩基设计中应考虑场地倾斜带来的影响。

地震作用下土工格栅加筋土挡墙水平变形的拟静力计算法

为了研究加筋土结构地震水平变形的理论计算方法,将加筋土挡墙结构等效成水平向同性的竖直弹性梁,根据瑞利-里兹法推导出静力作用下加筋土挡墙水平位移计算法,在此基础上利用拟静力法推导出地震作用下加筋土挡墙的地震水平变形理论计算公式;并采用工程案例和大型振动台模型试验的测试值验证理论计算方法的合理性。案例和试验模型的比较结果表明:推导出的理论计算方法可以合理地计算出土工格栅加筋土挡墙的地震水平变形,可为土工格栅加筋墙体工程的抗震安全设计提供理论依据。

基桩在水平和竖向荷载作用下的受力分析

在水平和竖向荷载的共同作用下,基桩与土体之间的相互作用是一个三维空间的问题。本文通过综合分析,采用层状横向各向同性弹性半空间地基模型,利用有限元-有限层法,并考虑P-Δ效应对桩身内力的影响,对基桩的P-Δ效应进行了分析。

加筋土挡墙水平变形特性数值模拟研究

路堤式加筋土挡墙受挡墙上部填土影响其水平变形特性较为复杂,目前相关研究报道较少。本文基于实际工程案例,建立加筋土挡墙有限元模型,通过改变结构设计参数的单一因素,分析筋材竖向间距、平台宽度、筋材长度对路堤式加筋土挡墙水平变形特性的影响。研究结果表明,筋材竖向间距和平台宽度对挡墙整体水平位移影响较为显著;筋材长度增加可有效减小挡墙上部水平位移,在填土荷载作用下墙面水平位移沿墙高呈“S”形曲线分布。研究结果可增进相关技术人员对加筋土挡墙水平变形机制的认识,为优化加筋土结构设计提供一定参考依据。

土工格栅加筋膨胀土的三轴试验研究

土工格栅加筋膨胀土路堤或路堑、渠坡已在公路、铁路与水利工程中获得成功应用,但目前对加筋膨胀土的强度与变形特性的研究还较少。对不同方案加筋(水平1层加筋、水平3层加筋、竖向加筋)与不加筋的膨胀土样在不同围压下的三轴排水剪切试验结果的分析表明,(1)土工格栅加筋膨胀土形成排水通道,加速土体的排水固结,有利于膨胀土坡的稳定;(2)土工格栅加筋膨胀土一般呈应变硬化特征;(3)土工格栅的植入使剪切带的发展受到抑制,导致破坏模式变化;(4)加筋使膨胀土的内摩擦角变化不大,而黏聚力则有明显提高,其提高程度从小到大依次为水平1层加筋、水平3层加筋和竖向加筋;(5)采用加筋效果系数R评价,除了水平1层加筋方式的效果有所降低外,其余加筋方式都表现出加筋比不加筋的效果要好,其中以竖向加筋的效果最好。

桩板结构桩-板-土相互作用模型试验研究

为了明确桩板结构桩-板-土体相互作用机制,基于推导的相似理论,制作了桩板结构在2种跨度、有无板下土体支承等不同条件下的竖向分级加载试验和水平加载试验,系统研究了桩板结构桩-板-土相互作用力学特性。初步得出以下结论:(1)板-土相互作用对桩板结构的受力影响明显。当不考虑板下土体支承作用时,板的位移、应力、桩的受力、板-土接触压力等都会明显增大,且跨度越大,影响越明显。表明目前在工程设计时不考虑板下土体的支承作用进行设计,偏于保守。因此,建议桩板结构在设计时应考虑板下路基土体的支承作用。(2)在横向荷载作用下,桩-土相互作用明显,其主要作用区域在桩的上部1/2范围内。同时试验表明,板的跨度对桩-土相互作用影响较小,但对板的横向位移影响较大,且桩板结构的跨度越大,在横向力作用下,板的弯拉应力也越大。因此,建议在进行桩板结构跨度设计时,应检算横向荷载作用下板的拉应力指标。

网格状带齿加筋的拉拔特性

在水平-竖向(horizontal-vertical,H-V)加筋体系基础上,提出网格状带齿加筋,并对网格状带齿有机玻璃材料进行拉拔试验研究.首先,对有机玻璃材料进行孔洞设置,并在合适的地方通过布置一定的齿筋来构成立体加筋材料;然后,对不同孔洞、不同齿筋高度的网格状带齿有机玻璃材料在多种法向应力情况下进行拉拔试验.试验结果表明,在相同法向应力作用下,网格状带齿有机玻璃材料加筋的拉拔力明显高于水平网格状有机玻璃材料.探讨了孔洞大小和齿筋高度对网格状带齿有机玻璃材料的极限拉拔阻力的重要影响.进一步研究了筋土界面的摩擦特性,建立了理论计算公式,并将试验结果与计算值进行了对比,发现二者基本吻合.

合理加筋方向的探讨

一、问题的提出加筋土作为一种新的复合材料,只为其具有成本低,施工简单且能提高土的强度等特点,而被广泛地用于土木工程建设中。加筋土挡墙中,加筋的布置现行多为水平放置,但若在加筋挡墙中铺设管道或建其它建筑物时,水平放置势必会产生影响;另外,在水平放置的加筋土挡墙的顶部,当其上部荷载为零,而只有土的自重作用时,因为土体的自重应力较小,土与筋条的摩擦力较小,势必会降低加筋的作用而影响上部的稳定。