考虑位移模式挡土结构动土压力计算方法研究

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在道路、桥梁等施工过程中,挡土结构的应用很多,并且其主要破坏形式有倾覆、滑移等。国外的挡土结构抗震设计是基于位移与性能的抗震设计理念,而我国的抗震设计基于力的抗震理念,基于位移与性能的挡土结构抗震设计可以计算出挡土结构的破坏等级,以便后期对破坏程度鉴定以及维修使用,而基于力的挡土结构抗震方法只能判断挡土结构破坏或者非破坏,不利于对挡土结构的破坏程度进行评定。鉴于此,本文结合Newmark滑动理论,对挡土结构后填土为成层土、不同位移模式、处于水位之下的动土压力分布情况进行研究,并分析了挡土结构的转动和滑动位移。主要研究结论如下:(1)考虑了平曲破裂面、地震系数、墙背摩擦角以及土体层间角对土压力的影响,提出了不同位移模式下的挡土结构成层土动土压力计算方法,通过与试验数据对比,验证了此方法的合理性。当δ=0°时,RB模式下的土压力分布,平破裂面的土压力强度分布和曲破裂面的土压力强度分布区别不大;而RT模式下,随着挡土结构深度的增加,平破裂面土压力强度分布相比于曲破裂面的土压力强度分布总是先大后小,被动土压力的强度分布与上述规律恰恰相反,破裂面的分布形状差别性也比较明显。当δ≠0°时,土压力强度明显呈非线性分布,RB模式下的土压力分布,曲破裂面的土压力强度大于平破裂面的土压力强度,并且破裂面的形状差别也相对较大;而RT模式下,随着挡土结构深度的增加,土压力强度分布情况与上述规律相反,且破裂面形状也相差比较大。(2)考虑地震作用下地下水位以及超孔压比对土压力强度分布的影响,提出挡土结构填土为成层土的饱和动土压力的计算方法,揭示了超孔压比、平曲破裂面以及墙背摩擦角影响下挡土结构土压力强度的分布规律。对于部分回填土处于水下的动土压力计算问题,本文所提的方法比美国《海岸挡土结构设计》[17]中建议的方法更接近实际情况,解决了采用土的等效重度来对挡土结构的地震系数进行放大导致土压力与实际情况差距较大的问题。对于动主动土压力,挡土结构后填土为曲破裂面的土压力大于平破裂面;对于动被动土压力,这种情况正好相反;在两种位移模式下,主动土压力和被动土压力均随着超孔压比ur的增大而减小。(3)对地震作用下饱和回填砂土挡土结构的滑动位移、转动位移及滑动与转动的耦合作用下各项位移问题进行研究,以Newmark滑动理论为基础,提出一种可以考虑不同地震波的挡土结构位移的简化计算方法。挡土结构浸泡在水中,其所受到的超孔隙水压力对挡土结构位移的影响很大。ur越小,动主动土压力在增加,滑动位移在减小;挡土结构与场地之间的摩擦系数对于挡土结构的滑动位移影响很大,所以在挡土结构的施工过程中,尽量选用级配良好的填土或者场地,来增大挡土结构与场地之间的摩擦力;分析挡土结构不同位移模式下转动与滑动的耦合与非耦合对位移的影响,耦合作用下,挡土结构发生滑动后,其滑动状态会微小的抑制挡土结构的转动位移,而挡土结构发生转动之后则会很大程度的抑制挡土结构的滑动位移。
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