台阶式双面加筋路堤地震响应规律研究

双面加筋路堤是一种较为新型的路堤形式,由于其优良的抗震性能而被越来越广泛地运用于道路建设工程中,而很多双面加筋路堤因工程建设需要分级设计为台阶型。然而国内外对该结构的抗震规律及性能的研究较少,且各类规范并未针对性提出明确的抗震设计方法。在前人的研究基础上,应用非线性动力有限元法分析了双级台阶式双面加筋路堤在地震作用下的响应特性。对填土应用小应变硬化土模型进行了模拟,在模型中考虑了模块面板间以及面板与土体之间的动力作用。为了深入理解加筋土结构的地震动力响应规律,选取了世界各地一类场地上的18条地震动作为地震输入,这些地震动的频谱特性和强度均有较大区别,但是地震的峰值加速度均调幅为0.4g(g为重力加速度)。结果表明:合理的台阶设置能有效减小结构震后变形,提高整体抗震稳定性;台阶式双面加筋路堤的地震位移模式主要受输入地震动频谱特性和结构自振频率性质的共同影响,台阶宽度的变化改变了结构质量及刚度的分布,一定程度影响了结构的振动形态。本研究建立起结构整体筋材最大拉力与输入地震动Arias强度(I_(A)^(input))、地震持续时间T_(d)、台阶宽度C、地震卓越频率f_(i)以及结构固有频率f_(r)的拟合关系式,从一个侧面定位了这些影响因素对双面加筋路堤抗震性能的影响。经过研究,在实际工程中应控制面板附近土体的压实度,使其满足工程要求,合理设置台阶和台阶宽度,可以减少路基在地震作用下顶部的不均匀沉降和面板的侧向位移;在路堤结构底部筋材拉力较大部分,可通过设置抗拉强度更大的筋带来增强整体结构的稳定性。研究结果可以为实际工程设计提供参考。

台阶型加筋土边坡动力响应

为了研究台阶型加筋土边坡的动力响应,首先以印度理工学院振动台试验挡墙为原型,验证了有限元数值模拟方法的有效性;然后以一位于我国西南部、抗震设防烈度为7度的边坡工程为背景,利用有限元软件PLAXIS,在坡顶与坡脚相对位置不变的情况下,分析了其动力响应随台阶宽度变化的规律。结果表明,台阶宽度越大,坡面横向位移越小,但过大的台阶宽度对横向位移的减小效果不明显,存在一个最优宽度使最大坡面横向位移取得最小值;随着台阶宽度的增大,填土体积随之上升,下层边坡中筋材最大内力呈放大趋势,其沿高程的分布方式由反"∠"形逐渐过渡到类"3"字形。

均布荷载下台阶式加筋土挡墙性能的试验分析

台阶式加筋土挡墙变形与力学特性尚待进一步深入研究。利用模型试验综合分析台阶宽度、上墙筋材长度和筋材层间距对两级台阶式加筋土挡墙性能的影响,试验结果表明:当台阶宽度由1.3H 1(H 1为下墙高度)减至0.4H 1、筋材层间距减小或上墙筋材长度增加时,挡墙顶部沉降明显减少,且墙顶极限承载力显著增加;台阶式加筋土挡墙水平变形受台阶宽度和上墙筋材长度的影响显著,顶部加载时以上墙中部“鼓肚”和下墙沿墙高逐渐增大为主;增加台阶宽度使上墙底部垂直土压力增加,而下墙靠近墙面侧垂直土压力显著减小,增加上墙筋材长度和减少层间距使垂直土压力向远离墙面一侧发展;顶部加载时台阶式加筋土挡墙滑动面始于加载板后缘,绕过上墙墙底承台并贯通于下墙顶部土体,其破坏模式以上墙深层滑动破坏为主。

交通荷载下台阶式加筋土挡墙动力响应的试验研究

台阶式加筋土挡墙在山区道路边坡支挡结构中应用广泛,针对总高相同的二级台阶式加筋土挡墙开展1∶3大型缩尺模型试验,首先分析交通循环荷载作用下台阶宽度D对加筋土挡墙顶部基础沉降比的影响,进而选取D=0.4H2(H2为下级挡墙高度)的台阶式加筋土挡墙,研究交通荷载幅值及频率变化时,挡墙位移、土压力、筋材应变和潜在滑动面的动力响应规律。结果表明:加载初期挡墙顶部沉降和面板水平位移增加明显,但随循环次数增加呈收敛趋势;面板最大水平位移出现在上级墙高约0.85H(H为总墙高)处,且分布模式几乎不受幅值及频率变化影响;荷载幅值和频率对上级挡墙筋材应变的影响明显,下级挡墙筋材在上级墙趾下方处应变较大;二级挡墙水平土压力值沿墙高均呈顶部与底部小而中部较大的分布形式;上级挡墙潜在破裂面随荷载幅值增大而下移,由局部破坏逐渐向深层整体破坏演变;填筑过程将使下墙近面板处垂直应力增至约为1.5倍自重。研究结果将为台阶式加筋土挡墙设计与施工提供有益指导。

台阶宽度对加筋土挡墙垂直应力的影响研究

为了研究台阶式加筋土挡墙平台宽度对下墙墙体垂直应力大小及分布的影响,进行3组不同平台宽度的台阶式加筋土挡墙室内模型试验。试验结果表明:台阶式加筋土挡墙基底垂直应力随着填土高度的增加而增大,最大值出现在墙面板附近;随着墙间台阶宽度的增加,基底垂直应力沿筋长的分布形式由"V"字形逐渐过渡到倒"S"形;过大的台阶宽度对双级加筋土挡墙基底垂直应力的减载效果不明显;修正的FHWA方法和修正的Gray弹性解方法可较为准确计算基底垂直应力;随着墙顶荷载加载位置距墙面板距离的增加,基底垂直应力逐渐减小;墙顶施加荷载后下墙筋材中后部垂直应力增长较大,而拉筋始端垂直应力变化较小。