加筋土路堤地在地震作用下的动力响应特性研究

论文摘要

土工合成材料的成功应用,可望减少高地震烈度区常见的各种路基病害,提高道路的抗震减灾能力。本文依托课题组大瑞线项目,在广泛调研国内外现有加筋土路堤抗震研究成果的基础上,针对实际工程问题,利用汶川大地震提供的大批震害资料,结合室内大型振动台实验,运用FLAC3D岩土软件对土工格栅路堤边坡在地震作用下的响应规律进行研究,并用拟静力法计算不同坡比下路堤的安全系数,然后对比实验分析得出以下结论：1)结合汶川地震路堤工程震害调查发现,铺设土工格栅路堤抗震效果好于未铺设土工格栅路堤,其破坏仅表现为局部变形。随着地震作用强度的增加,路堤的破坏模式由边坡水平开裂发展到局部坍塌,最后变为路基本体整体滑移。因此,保证路堤边坡的稳定性对整个路基的抗震性显得尤为重要。当然,路堤破坏的严重程度也与本体加固措施、地震烈度直接相关。2)通过不同坡比的路堤安全分析,对比计算结果,进一步证实了汶川地震路堤工程震害调查的发现——铺设土工格栅路堤抗震效果远好于未铺设土工格栅路堤。现行铁路铁路路基设计规范规定除硬块石填料外,坡比一般建议采用1：1.75和1：1.5。通过计算,正常工况下,坡比为1：1.75和1：1.5加筋土路堤的安全系数已经大大高于1.15。加筋土路堤在坡比为1：2与1：1之间时,随着坡比的增大,路堤安全系数下降较快,呈非线形的关系,因此在此区间内增大坡比时需要慎重验算。3)通过大型振动台模拟实验发现：地震作用下,加筋土路堤边坡浅层(坡体内部接近坡面位置)的动土压力峰值沿坡高呈曲线分布,绝大部分为“w形”曲线。边坡浅层动上压力峰值在0.6倍坡高处最大,坡脚和坡顶的动土压峰值都相对中部减小。边坡浅层的静土压力近似为零,故在地震作用下,边坡浅层0.6倍坡高处的土压力最大,是护坡设计中需重要加强部分。4)通过数值模拟发现,加筋土路堤在坡比为1：2与1：1.25之间时,随着坡度越缓,路堤边坡浅层动土压力增量越来越大。一方面,坡比越大,路堤坡度就越缓,在相同高度时,坡体的体积量就越大,那么坡体受地震力的作用就越多。另一方面,路堤越缓,地震作用下变形就越小,坡体释放出的地震土压力越少,自身受力就越大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 土工合成材料在国内外的应用与发展
• 1.2.2 土工格栅的研究与应用现状
• 1.3 本文的主要内容和研究技术路线
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 加筋土路堤振动台模型实验研究
• 2.1 地震模拟振动台概述
• 2.1.1 地震模拟振动台的发展过程
• 2.1.2 电液伺服地震模拟振动台的基本构成和工作原理
• 2.1.3 本研究采用地震模拟振动台及参数
• 2.2 基于振动台试验模型的基础理论和后处理方法
• 2.2.1 相似比的确立
• 2.2.2 模型动力特性测试数据的后处理方法
• 2.2.3 模型动力响应测试数据的后处理方法
• 2.3 振动台的地震波再现
• 2.4 振动台模型实验设计概述
• 2.4.1 模型设计
• 2.4.2 实验加载制度
• 2.4.3 一般路堤振动台模型试验结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 边坡坡度对路堤抗震性能影响分析
• 3.1 路基边坡抗震性和工程经济性
• 3.2 拟静力法和极限平衡法介绍
• 3.3 路堤的水平地震力作用
• 3.4 不同坡比的路堤安全性分析
• 3.4.1 坡比1:2的10m高路堤
• 3.4.2 坡比1:1.75的10m高路堤
• 3.4.3 坡比1:1.5的10m高路堤
• 3.4.4 坡比1:1.25的10m高路堤
• 3.4.5 坡比1:1的10m高路堤
• 3.4.6 坡比1:0.75的10m高路堤
• 3.4.7 坡比1:0.5的10m高路堤
• 3.4.8 坡比1:0.25的10m高路堤
• 3.4.9 计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 加筋土路堤地震土压力研究
• 4.1 地震力的作用效应
• 4.2 FLAC3D简介
• 4.3 计算模型动力数值分析
• 4.3.1 模型建立和边界、约束条件的确定
• 4.3.2 材料的本构模型
• 4.3.3 材料的参数选取
• 4.3.4 输入地震波
• 4.3.5 计算结果分析
• 4.4 不同坡比的加筋土路堤的动力分析
• 4.4.1 模型建立和参数选取
• 4.4.2 计算输入的地震波
• 4.4.3 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 参加的科研项目