挡土墙在地震作用下的动力响应特性研究

论文摘要

挡土墙是防止土体坍塌的土工构筑物,在建筑工程、水利工程、铁路和公路工程的土坡支护中得到广泛地应用。挡土墙一旦破坏,不仅严重影响本身的正常使用和功能的发挥,还会引起路基或边坡的失稳。挡土结构的震害表明,当挡土墙在破坏时,往往会造成道路受损,甚至阻断交通。本次汶川地震在地震作用下直接引发了大量的挡土墙破坏,尤其是挡墙因为倾覆而造成的破坏,带来了巨大的经济损失。因而挡土墙在地震作用下的动土压力的研究对挡土墙的抗震设计具有至关重要的作用。本文的研究内容主要有：1.汶川地震后,对213国道紫坪铺水利库区淹没段改建工程进行了现场踏勘。路线全长30.6公里,原抗震设计按场地基本烈度Ⅶ度考虑。汶川地震中,该路段位于汶川地震Ⅸ、X、Ⅺ度三个地震烈度区,沿线绝大部份为岩基挡墙。经调查发现,在地震作用下,挡墙的破坏形式以倾覆破坏为主2.在室内进行了振动台模型试验。试验模型为墙背直立的C15混凝土挡墙。试验输入波形有汶川波、Elcentro波、Kobe波、拟建大(理)瑞(丽)铁路人工合成波四种,采用0.1g、0.2g和0.4g三种加速度峰值量级。通过相似率变化台面输入波频率,研究了4种墙高的挡墙在地震期间的墙背动土压力和地震土压力的分布图式,以及它们与地震三要素(地震波量级、波形频谱、持时)之间的关系。基于FLAC3D的弹塑性理论,就上述模型实验的内容进行了对应的数值模拟计算,并用室内振动台实验的结果对其进行了校正。证明了使用这种校正后的模型和材料参数进行更加广泛的数值分析是可行的。3.用校正后的模型和参数计算了4m、8m、12m、16m和20m高挡墙,在水平方向峰值加速度分别为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g和0.8g(分别对应Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、X和Ⅺ度地震)地震作用下的动力响应。得到了不同墙型挡墙在地震作用下,墙背动土压力和地震土压力的大小和分布图式,分析了不同高度挡墙墙后土压力随地震烈度的变化规律和土压力作用点的特征。4、用校正后的模型和参数计算了4m和8m高仰斜式、俯斜式(圬工体积与直背式挡墙相同)挡墙在峰值加速度为0.1g、0.2g和0.4g地震作用的动力响应,并与直背式挡墙做了对比分析。得到了不同墙型挡墙在地震作用下,墙背动土压力和地震土压力的大小和分布图式,归纳了其特点和规律。5、以8米高直立式岩基挡墙为计算模型,就碎石土、砂土两种土性的填料,通过改变土体的弹性模量、泊松比和内摩擦角来实现参数的变化。分析了材料特性对动土压力分布规律的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目标、研究内容、解决的关键问题
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 解决的关键问题
• 1.4 研究方法、技术路线
• 1.5 论文的创新性
• 第二章 地震作用下岩质地基挡土墙土压力振动台模型实验研究
• 2.1 前言
• 2.2 振动台模型实验研究内容
• 2.3 振动台模型实验方法
• 2.4 地震模拟振动台系统主要技术参数
• 2.4.1 地震模拟振动台技术参数
• 2.4.2 模型实验框
• 2.5 挡土结构（挡土墙）模型设计
• 2.5.1 模型截面尺寸拟定
• 2.5.2 挡土墙拟静力抗震检算
• 2.6 墙背填料物理力学性质测试
• 2.6.1 颗粒级配测试
• 2.6.2 相对密度测试
• 2.6.3 大型直剪测试
• 2.7 模型实验方案设计
• 2.7.1 实验内容
• 2.7.2 实验断面及测点布置设计
• 2.7.3 模型填筑
• 2.8 振动台模型实验输入的地震波
• 2.9 挡土结构土压力振动台模型试验结果初步分析
• 2.9.1 地震作用下动上压力、地震土压力分布图式
• 2.9.2 墙背地震土压力合力大小、作用点与地震量级关系分析
• 2.10 本章小结
• 第三章 土压力动力分析理论及计算模型验证
• 3.1 地震力的作用效应
• 3D基本介绍及动力分析方法'>3.2 FLAC^3D基本介绍及动力分析方法
• 3D基本介绍'>3.2.1 FLAC^3D基本介绍
• 3D动力分析方法'>3.2.2 FLAC^3D动力分析方法
• 3D求解问题一般方法'>3.2.3 FLAC^3D求解问题一般方法
• 3.3 计算模型的建立以及参数选取
• 3.3.1 计算模型的建立
• 3.3.2 材料本构模型以及参数选取
• 3.3.3 地震动荷载的选取
• 3.4 计算模型校正
• 3.4.1 动土压力及地震土压力的分布图式
• 3.4.2 地震土压力合力作用点相对高度
• 3.5 本章小结
• 第四章 岩质地基挡土墙动力特性数值分析
• 4.1 不同高度挡墙墙后土压力随地震烈度的变化规律
• 4.1.1 计算模型及计算参数
• 4.1.2 计算采用的地震动荷载
• 4.1.3 计算结果分析
• 4.1.4 墙顶动位移的研究
• 4.2 地震作用下土压力合力作用点的研究
• 4.3 不同墙型挡墙动土压力分布规律的研究
• 4.3.1 计算模型、计算参数及地震动荷载
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 填料特性对动土压力分布规律的影响研究
• 4.4.1 计算模型、计算参数及地震动荷载
• 4.4.2 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文