拼装面板返包式加筋土挡墙振动台试验研究

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作为加筋土理论技术的一种重要实践应用形式,加筋土支挡结构较使用普遍的重力式挡墙优势突出。近年来,抗震性能优良的加筋土挡墙在国外地震频发国家的震区交通工程中得到了大量采用,取得了较好的工程效果。然而目前,由于对地震作用下加筋土挡墙的作用性能缺乏了解,国内各相关行业规范对该结构的抗震设计理论大都语焉不详。是以,针对加筋土支挡结构在工程应用过程中理论严重滞后于实践的实际状况,仍需对该结构的抗震性能、减震加固技术、设计方法等方面进行深入研究。本文在调研大量文献资料的基础之上,对高烈度地震荷载作用下拼装面板返包式加筋土挡墙的动态响应规律进行了振动台试验研究,并对比了试验测试与理论计算结果的异同,试图为国内同类型挡土墙的抗震设计提供一些可供借鉴的地方。通过分析研究,得到以下几点主要结论和认识:(1)由于材料类别及处治方式的不同,挡墙各部位的传递函数虚频曲线存在明显差异;随加载次数增多和加速度幅值增大,模型各部位的一阶自振频率和阻尼比分别呈减小和增大的趋势,其中自振频率减小了 0.5Hz左右,约为其一阶自振频率的2.5%,阻尼比的增大幅度在1.75%~2.5%之间。(2)0.25g动荷载施加后,PGA放大系数不再随加载加速度增大而无限制地增长,体现了加筋土挡墙的优良抗震性能;随测点位置增高,地震作用竖向放大效应越发显著。挡墙各部位断面的实测PGA放大系数沿墙高具有相似的分布规律,均表现为折线形,且现行设计理论不能很好地反应轻型支挡结构的地震作用放大现象。(3)主动极限状态下,面板背侧和加筋末端的水平动土压应力随加载加速度幅值的增大呈现出不同的变化趋势。面板背侧各测点的水平动土压应力随加载加速度增大而增大,所有测点的动土压应力均为正值,沿墙高表现为"单峰型"分布形式,峰值位于挡墙的中下部;加筋末端的水平动土压应力则随加载加速度的增大而整体表现为负值并持续增大,最大值出现在墙的顶部,表明按规范推荐方法考虑地震作用下的主动土压力将导致挡墙的外部稳定性验算偏于安全。(4)随加载加速度幅值增大,挡墙各测点的水平位移整体呈非线性增大趋势,0.15g加载后开始有明显增长,并且其变化速率也显著增大。加载过程中,加筋末端未观测到明显沉降,靠近面板处的竖向位移则随加载加速度幅值的增大而增大。峰值加速度0.3g正弦谐波加载后,顶层面板处水平和竖向累积位移发生大幅增长,这种现象是由填料在加载过程中被甩出、此处面板产生较大局部变形等因素造成的,提示广大工程技术人员在加筋土支挡结构的设计施工进程中应对这些不利因素多加考虑。(5)格栅最大动应变沿墙高呈双峰型分布,第一个峰值点出现在墙高0.4m处,第二个峰值点出现在墙高0.8m处;格栅最大动应力为126.8MPa,远小于其抗拉强度,表明格栅被拉断往往并非决定加筋土挡墙破坏与否的控制性因素。沿墙高,格栅拉力的试验测试值与理论计算结果呈现出差异化的对比规律:在模型挡墙的下部,理论值大于格栅拉力实测结果;在模型挡墙的中上部,实测值则大于理论计算结果,表明在进行加筋土挡墙的抗震分析时,采用规范方法验算其内部稳定性将偏于不安全,实际应用时上部格栅存在被拔出的风险。
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