地震动荷载条件下加筋土挡土墙数值分析

摘要

汶川地震路基灾害现场调查表明，重力式挡墙的破坏是路基灾害主要构成因素，而加筋土挡墙在地震中表现出良好的抗震性能。虽然加筋土挡墙在工程界已经得到广泛的应用，但其力学理论研究相对滞后，并且动力学理论又是基于静力学理论假设研究得来，即为拟静力法。拟静力法中过多的假设条件往往导致其使用的局限性，并且不能分析地震动时程内加筋土挡墙动力响应规律。为了更清楚地了解加筋土挡墙抗震性能，引入数值分析法对其进行地震动模拟，采用国际通用岩土数值分析软件FLAC3D可对其地震动特性进行研究，模拟选用Elcentro地震波以切向施加于模型底面。为研究敏感参数对加筋土挡墙地震带响应特性的影响，构建18种工况模型进行计算分析。主要研究内容及取得的成果如下:
　　(1)介绍了加筋土挡墙技术的发展历程、国内外取得的理论实践成果、动力研究方法，并对加筋土挡墙构成和国内外的设计方法进行了归纳总结。
　　(2)探讨了加筋土工作基本原理及破坏模式、内部稳定分析及外部稳定分析，归纳了地震动力主动土压力的各个行业规范中的计算方法。
　　(3)构建FLAC3D数值分析模型，计算结果表明，路基填土内各种云图等值线基本呈水平层状分布，而在筋带加固与未加固的界限处，等值线有明显的转折，表明不同材料岩土体在地震过程中的运动趋势不一致;加速度自下而上逐渐增大，在坡顶临空面处有最大值;速度自下而上逐渐增大，在路面中部达到最大值;加筋土挡墙潜在破裂面起于墙脚，以一定的角度斜向上到达一定高度后垂直向上发展，其形态近似于对数螺旋面。
　　(4)对比18种工况数值分析结果，探讨地基敏感参数及地震动峰值加速度对加筋土挡墙动力响应规律的影响。结果表明，以岩石为基础的加筋土挡墙抗震性能优于粘土地基;地震动峰值加速度、墙高均与加速度放大系成正比。另外，同等敏感参数条件下，加筋土挡墙的抗震性能优于重力式挡墙。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 加筋土构筑物技术发展历程

1．2 加筋土挡墙动力特性研究现状

1．2．1 拟静力法

1．2．2 反应谱法

1．2．2 数值分析法

1．3 加筋土挡墙的构成和设计

1．3．1 筋带

1．3．2 填土材料

1．3．3 墙面板

1．3．4 设计方法

1．4 现状问题

1．5 本文的主要研究内容

第二章 加筋土原理及加筋土挡墙稳定分析

2．1 加筋土的基本原理

2．1．1 筋材的应力传递

2．1．2 加筋土的作用机理

2．2 加筋土挡墙的破坏模式

2．3 地震主动土压力计算理论

2．3．1 库伦主动土压力理论

2．3．2 无黏性土地震土压力理论

2．3．3 修正法与M-O法的土压力计算比较

2．3．4 黏性土地震土压力理论

2．4 加筋土挡墙稳定性分析

2．4．1 外部稳定计算

2．4．2 内部稳定计算

2．5 本章小结

第三章 地震动数值分析理论

3．1 三维快速拉格朗日分析的数学模型

3．1．1 空间微分与有限差分近似

3．1．2 运动定律的节点方程

3．1．3 本构方程的增量形式

3．1．4 有限差分近似的时间导数

3．2 FLAC3D动力分析介绍

3．2．1 边界条件和力学阻尼

3．2．3 本构模型

3．2．2 土工格栅单元

3．3 地震波的转换

3．3．1 地震波的转换原理

3．3．2 Elcentro地震波的校正

3．3．3 地震波的读取

3．4 本章小结

第四章 数值分析方案设计与成果分析

4．1 计算工况设计

4．2 挡墙数值分析结果表述

4．3．1 地基土体与路基填土的地震动响应

4．3．2 墙面板的地震动响应

4．3．3 筋带的地震动响应

4．4 本章小结

第五章 加筋土挡墙地震动响应敏感性分析

5．1 同高度加筋土挡墙数值分析

5．1．1 地震动峰值加速度影响

5．1．2 最大弹性模量影响

5．1．3 地基土摩擦角的影响

5．1．4 地基土内聚力的影响

5．2 不同高度加筋土挡墙数值分析

5．3 加筋土挡墙与重力式挡墙对比分析

5．4 挡土墙的抗震措施与建议

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果