重力式挡土墙地基抗震承载力探讨

摘要

重力式挡土墙是铁路与公路工程中常用的一种支挡结构。实震调查发现，在地震多发地带，重力式挡土墙由于地震作用经常产生滑移、倾覆、墙身开裂以及地基失稳等多种类型的震害。其中，由于地基承载力不足所引起的地基过大变形甚至失稳常先于墙身震害发生，是挡土墙抗震性能的薄弱环节之一。为研究地震作用下挡土墙地基承载力的变化规律，采用极限分析上限定理对地震作用下挡土墙地基极限承载力进行了推导计算，分析了极限承载力的变化机理与影响因素，探讨了挡土墙地基抗震容许承载力的确定方法，为实际工程抗震设计提供参考。　　论文主要研究内容及成果如下：　　(1)基于拟静力法原理和极限分析上限定理，推导了挡土墙地基极限承载力的求解方法，并通过典型算例分析了极限承载力随地震加速度的变化关系与原因机理，讨论了地基土强度参数对极限承载力的影响规律。结果显示，当设防烈度在9度及以内时，随地震加速度增加，挡土墙地基极限承载力近似呈线性下降；下降速率与地基土黏聚力呈负相关性，而受内摩擦角的影响不显著；墙身水平地震惯性力作用加剧挡土墙基底荷载倾斜与偏心，导致地基土体剪切破坏区域变浅变窄是造成极限承载力下降的主要原因，而地基土体的地震惯性力对极限承载力影响不显著。　　(2)针对拟静力法未考虑地震动频谱、相位等振动要素这一不足，提出了基于拟动力法原理的浅埋条形基础地基极限承载力推导方法，对比分析了两种方法计算结果差异及其原因。结果显示：地基极限承载力拟动力解高于拟静力解，且地震波长越短，差异越显著；基岩地震波向地表传播过程中，不同深度土层的振动相位差是导致二者差异的主要原因；地表地震加速度是地基极限承载力的决定性因素，其在地基发生极限破坏时总是达到幅值；一般情况下，实震波长远大于浅基础地基破坏区深度，两种方法计算结果差异不显著，采用拟静力法计算地基极限承载力更为合理。　　(3)对国内各工程行业抗震设计规范关于地基抗震承载力的规定进行了分析解读，总结了抗规对地震工况下安全系数与地基土强度的调整原则；在此基础上，结合挡土墙地基抗震极限承载力计算结果，提出了挡土墙地基抗震容许承载力的修正方法，并基于不同抗震设防烈度与地基土性给出了修正系数的取值建议。分析结果表明：抗震设防烈度超过7度时，挡土墙地基抗震容许承载力较天然工况应有所降低，8度、9度设防烈度对应的修正系数大约分别为0.9和0.7；最后，就抗规中地基抗震承载力规定所存在的不足提出了完善建议。

目录

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第 1 章绪论

1.1课题背景和研究意义

1.2重力式挡土墙震害调查分析（以汶川地震为例）

1.3地基抗震承载力研究现状

1.3.1地基容许承载力的确定方法

1.3.2地震工况下地基极限承载力计算方法

1.4抗震设计规范对地基抗震承载力的规定

1.4.1铁路抗规相关规定

1.4.2建筑抗规相关规定

1.4.3小结

1.5研究内容和技术路线

1.5.1研究内容

1.5.2技术路线

第 2 章极限分析上限定理

2.1极限分析法的基本假设

2.1.1理想弹塑性假设

2.1.2屈服准则

2.1.3关联流动法则

2.2极限分析法的基本概念和原理

2.2.1基本概念

2.2.2基本原理

2.2.3极限分析上限定理

2.3本章小结

第 3 章重力式挡土墙地基极限承载力拟静力分析

3.1地震作用下挡土墙与基底受力分析

3.2地基破坏模式与机动许可速度场

3.2.1地基破坏模式

3.2.2机动许可速度场

3.3地基极限承载力上限解推导

3.3.1外力虚功功率计算

3.3.2内能耗散率计算

3.3.3地基极限承载力上限解最优化计算

3.4算例分析

3.4.1重力式挡土墙地基极限承载力变化

3.4.2重力式挡土墙地基极限承载力下降机理分析

3.5本章小结

第 4 章浅埋条形基础地基极限承载力拟动力分析

4.1拟动力法地震加速度时程

4.2地基破坏模式与机动许可速度场

4.3地基极限承载力上限解推导

4.3.1外力虚功功率与内能耗散率计算

4.3.2地基极限承载力上限解最优化计算

4.4极限承载力系数NγE影响因素分析

4.4.1不同深度土层振动相位差影响

4.4.2地震加速度幅值放大效应影响

4.4.3其他因素影响

4.5本章小结

第 5 章重力式挡土墙地基抗震容许承载力探讨

5.1土的动强度

5.1.1土的动强度定义

5.1.2动三轴试验原理

5.1.3土的动强度变化规律与影响因素

5.2重力式挡土墙地基抗震容许承载力修正

5.2.1修正方法

5.2. 2修正系数

5.3对完善抗规的建议

5.4本章小结

结论与展望

进一步研究建议

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、科研实践及成果