挡土墙动力特性分析

论文摘要

随着我国西部大开发的开展,越来越多的高速公路开始向西部延伸。西部地区大部分为典型的山地地形,在这种地方修建高速公路,不可避免地会遇到大量的半挖半填及陡坡路堤,必须采用支挡结构来保证路堤的稳定,以确保公路运输的安全。而衡重式挡土墙以胸坡很陡,下墙墙背仰斜,可减少挡土墙的设计高度和施工土石方开挖量的优点得到广泛应用。四川大部分地区位于地震高烈度区,对挡土墙进行抗震设计尤为重要。目前各国对路基、挡土墙的自振频率研究很少,仍采用静力法计算地震作用,我国规范是以重力式挡土墙为典型墙型,只考虑水平地震力作用进行抗震设计,还有日本、美国和新西兰等国规范亦没有考虑竖直地震力的作用,但欧洲规范却考虑了。本文通过现场震害调查、大型的振动台实验,结合有限元ANSYS数值模拟,探讨了挡土墙在地震作用下的动力响应。本文主要进行了以下几个方面的研究工作：1、通过挡土墙振动台实验得出了墙后土的水平加速度和动土压力沿墙高的分布规律,结合通用有限元分析软件ANSYS对实验进行数值模拟,将实验结果与数值模拟结果对比,两者基本吻合,为校正数值模拟模型提供了实验依据。2、运用ANSYS对两种路肩墙进行模态分析,提取了前五阶的频率和振型,按照4m、6m、8m、10m和12m 5种墙高,对比衡重式与仰斜式的结果,得出了自振频率随墙高的增大而减小；同一种高度,衡重式的基频比仰斜式要大。3、运用ANSYS对土基上的8m墙高的衡重式挡土墙进行瞬态分析,采用汶川波实震波形,按照0.1g、0.2g、0.4g、0.6g、0.8g和0.9g六种输入波峰值,分析了在仅受水平地震力、仅受竖直地震力和水平地震力与竖直地震力共同作用三种工况下墙顶最大水平位移随震级的关系,得出水平地震力对挡土墙水平位移起主导作用,竖直地震力影响很小,可以忽略不计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 理论研究
• 1.2.2 实验研究
• 1.3 本文的技术路线与主要研究内容
• 第2章 挡土墙振动台模型试验及其数值模拟
• 2.1 引言
• 2.2 试验的设计与实现
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 试验装置
• 2.2.3 模型的制作和传感器的埋设
• 2.2.4 地震波的选取和加载
• 2.3 ANSYS对墙—土体系振动台实验的数值模拟
• 2.3.1 ANSYS有限元程序简介
• 2.3.2 ANSYS数值模拟分析过程
• 2.3.3 模型试验数值模拟建模及计算
• 2.4 模型实验与数值模拟结果对比分析
• 2.4.1 墙后土测点的水平加速度
• 2.4.2 墙后土的动土压力
• 2.5 本章小结
• 第3章 路肩墙的自振频率分析
• 3.1 引言
• 3.2 模态分析介绍
• 3.3 路肩墙的模态分析
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 加载与求解
• 3.3.3 模态扩展
• 3.3.4 模态分析结果
• 3.3.5 模态结果分析与研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 竖直地震力作用下的衡重式挡土墙的动力反应影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 衡重式挡土墙在地震作用下的动力反应
• 4.2.1 计算模型的建立
• 4.2.2 计算方法
• 4.2.3 荷载施加
• 4.2.4 计算结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结束语
• 5.1 本文主要完成的工作
• 5.2 下一步待完善的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文