柔性加筋土护岸挡墙抗震稳定性分析

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自“一带一路”战略合作以来,我国在沿海地区加快修建了大量的港口结构。然而,“一带一路”沿线港口大多处于亚欧板块、印度洋板块、太平洋板块的地震活动区。国内外港口工程地震破坏实例中均造成了严重的经济损失和人员伤亡。因此,地震作用下近岸港口工程结构工作性状已成为各国学者研究的一个热点问题。目前,港口工程中的护岸结构绝大部分属于重力式挡墙,地震作用下,港口护岸挡墙抗震性能和适应性差,易发生不可修复的刚性破坏,且对地基承载力要求高,不适用于软土地基,易发生不均匀沉降。柔性加筋土护岸挡墙是一种使用土工格栅对土体进行加固以提高挡墙稳定性的生态柔性结构,地震作用下不易发生破坏,其对地基承载力要求较低,回填料可就地取材,其经济效益、生态效益、社会效益十分显著。因此,柔性加筋护岸挡墙更满足港口工程的防震减灾需求。目前,地震作用下柔性加筋土护岸挡墙筋-土相互作用、地震与地下水耦合响应、失效模式等的研究较少,这限制了这一经济合理的柔性结构在港口工程中的应用。因此,研究柔性加筋土护岸挡墙的抗震稳定性,分析其水动力耦合响应,探讨其在地震作用下的潜在破裂面分布规律,对于推广柔性加筋土护岸挡墙在港口工程中的应用具有重要的工程价值,进而为柔性加筋土护岸挡墙抗震设计理论提供新的思路。本文结合我国“一带一路”战略合作需求和地震活动区域港口护岸结构防震减灾的需求,以柔性加筋土护岸挡墙为研究对象,借助干湿循环作用下加筋土拉拔试验、振动台试验和水动力耦合数值模拟,重点研究干湿循环作用下加筋土的筋-土相互作用、柔性加筋土护岸挡墙的水动力耦合响应规律、潜在破裂面的分布规律等问题,主要研究内容总结如下:(1)针对柔性加筋土护岸挡墙,开展加筋土的干湿循环试验和拉拔试验,研究干湿循环次数、上覆压力、含水率等因素对加筋土界面参数的影响。(2)针对柔性加筋土护岸挡墙,利用振动台试验结果验证数值分析的正确性,基于干湿循环试验与拉拔试验数据,采用数值分析手段进行渗流场和应力场的耦合作用分析,讨论位移、土压力、剪应变增量、孔隙水压力、土工格栅拉应力的水动力耦合响应规律,并研究地震加速度峰值、护岸高度、坡度、水位高度对加筋土护岸挡墙抗震稳定性的影响。(3)基于柔性加筋土护岸挡墙水动力耦合数值分析结果,从中提炼总结潜在破裂面的分布规律,拟合一种适用于柔性加筋土护岸挡墙的多折线简化破裂面。基于上述干湿循环试验、拉拔试验、振动台试验及数值模拟结果,得出柔性加筋土护岸挡墙可提高港口护岸抗震稳定性,满足港口工程防震减灾的需求。并且,多折线简化破裂面为加筋土结构抗震设计理论提供了新的思路。
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