地震作用下复合土钉支护边坡稳定性模型及应用

在考虑复合土钉支护结构与土体协同工作的情况下,根据土质边坡的破坏模式,考虑预应力锚杆中施加的预应力对稳定性计算的影响,根据极限平衡理论建立复合土钉支护边坡地震稳定性分析模型.推导计算机搜索法的边坡复合土钉支护滑移面动态搜索模式,实现随着复合土钉设计参数变化的复合土钉支护稳定性动态分析过程.较好地解决了地震作用下复合土钉支护结构稳定性分析问题.编制复合土钉支护边坡动力稳定性分析程序,结合具体工程实例进行验算.结果表明这种稳定性分析模型能够较准确地确定复合土钉支护边坡的最危险滑移面及其对应的稳定系数,具有较高的可靠度;该计算方法对土质较均匀的黄土地区是适用的.     

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

考虑第二破裂面的折线墙背挡土墙的地震主动土压力

应用极限平衡原理和库伦土压力思想,研究地震荷载作用下折线墙背挡土墙的主动土压力问题.采用拟动力法对地震荷载进行描述,考虑地震荷载作用下第二破裂面的产生条件,推导折线墙背挡土墙的地震主动土压力计算公式.通过算例分析各参数对折线墙背挡土墙的地震主动土压力的影响,预测墙后填土滑裂面的位置.     

考虑墙背倾角的挡土墙地震主动土压力研究

根据前人提出的土体内外摩擦角随土体位移逐渐发挥的理论,综合考虑绕墙趾转动的位移模式与地震力对土压力的影响,利用水平层分析法推导了挡土墙地震主动土压力沿墙高分布、合力及合力作用点高度的理论公式,分析了墙体位移量与地震加速度系数对土压力分布、最危险滑裂面倾角、合力作用点高度及主动侧土压力系数的影响.分析结果表明,土压力强度呈非线性分布,所得主动土压力合力经简化之后与Mononobe-Okabe理论相同,滑裂面倾角随地震系数增加而减小,合力随地震系数增大而减小,主动侧土压力系数随墙背倾角和地震系数的增大而增大.经有限元软件模拟验证,本文计算所得结果与模拟所得土压力分布曲线变化趋势基本吻合.     

深基坑土钉墙支护稳定性分析方法的改进及其设计软件的开发

在考虑土钉作用的情况下,对土钉墙支护边坡整体稳定性分析方法进行了改进,推导了圆弧圆心与安全系数之闻的函数表达式,并借助计算机确定了滑移面圆心所在区域,利用网格法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索．利用Visual C＋＋开发了基坑土钉支护设计软件,实现了土钉抗拉承载力的计算,并对各个开挖阶段土钉墙支护边坡整体稳定性进行实时分析．结合工程实例,进一步分析和讨论了土钉墙设计中存在的问题、适用条件及影响因素等,得知：最危险滑移面的圆心位置随土钉设计参数的变化而动态变化,故不同开挖阶段整体隐定性验算必不可少;对于地质条件较差的情况,应借助现场测试及工程经验指导设计和施工．     

车辆载荷作用下桩后黏性土主动土压力分析

针对现有设计规范进行桩后主动土压力计算时未考虑车辆载荷的动力效应对支护结构影响的问题,在平面滑裂面假定的基础上,结合拟动力学分析方法,考虑车辆动载荷作用下桩后土体受惯性力的影响,推导出车辆载荷作用下主动土压力的计算式,将主动土压力分为动土压力分量和静土压力分量。分析土体容重、桩-土外摩擦角对主动土压力的影响,以及水平振动加速度系数、内摩擦角、行车速度、车桩间距对动土压力的影响,对比分析不同黏聚力情况下的主动土压力分布规律。研究结果表明：桩后动土压力呈非线性分布;在车辆载荷作用下,一个振动周期内桩后主动土压力随滑动面倾角的增大和时间的持续先增大后减小;动土压力幅值随车桩间距的增大而减小,振动周期随车速的增大而增大。     

考虑地震修正角的重力式挡土墙可靠性分析

强震区挡土墙结构的稳定问题备受关注,从重力式挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性分析角度出发,将地震作用视为计算墙后主动土压力时对土体重度和内摩擦角进行修正的参数——地震修正角θ.将θ与墙后土体的黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量,以此建立了考虑地震作用的挡土墙抗倾覆和抗滑移功能函数.通过蒙特卡罗法分别计算了考虑变量呈不同统计特性...     

考虑土拱效应平移挡土墙地震主动土压力分布

基于Mononobe-Okabe理论,考虑土拱效应并假设土拱形状为圆弧形,通过对墙后土体的应力分析推导出在地震作用下土拱形状的曲线方程、侧土压力系数以及水平微分土层间平均剪应力与平均竖向应力二者关系的理论公式.采用水平层分析法推导出平移模式下挡土墙地震主动土压力分布、土压力合力以及合力作用点高度的理论公式,并与Mononobe-Okabe理论、前人方法以及试验数据进行对比分析.结果表明:随着地震系数的增大,土拱形状由下凹圆弧变为下凸圆弧,侧土压力系数也呈现增大趋势;计算出的地震土压力合力与Mononobe-Okabe理论计算值相等,但其分布为非线性分布;与现有理论相比,合力作用点高度与试验结果比较吻合.     

地震荷载作用下的挡土墙土压力分析

基于平面滑裂假设,采用静力平衡分析的方法,推导了考虑填土黏聚力、填土坡角及黏性土表面开裂等因素的地震土压力计算公式,利用图解法得到了临界破裂角的解析解,并分析了墙背倾角、填土坡角、填土黏聚力、水平地震系数以及填土开裂对地震土压力的影响.研究表明填土坡角和填土间黏聚力对地震土压力影响显著;地震荷载作用下,主动土压力和被动土压力随水平地震系数的递增分别增大与减小;忽略黏性土表面开裂情况会使得到的主动土压力计算结果偏小.     

土钉支护的优化设计

用Flac软件对现有常规设计的土钉支护过程进行数值模拟,验证其对土钉支护设计的可行性;用Flac软件对无支护开挖过程进行数值模拟,以研究土体应力和位移随时间发展的变化规律;通过分析和计算,求得坡体最危险滑移面的位置和形状。根据求得的最危险滑移面的形状和位置,根据不同坡高采用最佳土钉长度,以达到优化设计,并用Flac进行数值模拟验证。研究结果表明,经过土钉支护后,整个开挖面是稳定的,并且位移计算结果与实际检测结果一致,表明用Flac对土钉支护的最危险滑移面进行模拟计算是可行的。     

桩锚支护体系侧壁土压力分布规律

为研究作用在基坑工程桩锚支护体系上的土压力,结合郑州某快速通道工程现场实测数据,分别计算主动、被动、静止土压力和4种非极限状态下土压力模型的结果,再与实测土压力对比,讨论各种模型的适用性. 研究结果表明:当准主动位移很小时,宰金珉、徐日庆和陈页开模型的结果与静止土压力基本相等,卢国胜模型结果偏小,实测土压力介于静止和主动土压力之间;当准被动位移很小时,徐日庆和陈页开模型的结果与静止土压力基本相等,宰金珉模型结果约为静止土压力的1.3倍,卢国胜模型结果偏大;对于地质条件较好的实际工程,桩锚支护体系支护桩水平位移值小于3 mm时,在设计施工中,土压力值可按静止土压力考虑.     

地震作用下基坑复合土钉支护动力响应参数分析

为了研究地震作用下土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙在不同支护参数下的动力响应,利用大型有限元软件ADINA,对某基坑土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙建立了局部三维有限元模型,研究了土钉倾角、土钉长度、土钉水平间距、搅拌桩嵌入深度对边坡的位移响应、加速度响应、轴力响应的影响.结果表明:地震作用下,开挖面的水平位移峰值、水平加速度峰值、土钉轴力峰值随土钉倾角的增大而增大,随土钉水平间距的增大而增大,随土钉长度的增加而减小;增大搅拌桩嵌入深度开挖面水平位移峰值减小,但水平加速度峰值、土钉轴力峰值的减小并不明显.     

边坡土钉支护动力有限元分析

为了研究边坡土钉支护在地震作用下的动力特性和工作性能,运用大型有限元软件ADINA,对支护结构建立了整体三维有限元计算模型,并进行了动力有限元模拟分析,研究内容包括水平地震作用下支护结构的土钉轴力响应、位移响应、加速度响应.计算结果表明:(1)地震使每排土钉轴力增大,且每根土钉轴力最大处增幅明显;(2)地震没有改变边坡潜在滑移面的位置;(3)地震作用下,坡顶的水平峰值位移和峰值加速度最大,说明坡顶附近土层的地震响应最激烈,所受的地震力也最大,较容易发生破坏.这些结论可为边坡土钉支护的抗震设计提供参考.     

挡土墙主动和被动土压力的统一解

针对墙背倾斜、地表倾斜、墙后填土为粘性土、地表作用超载的挡土墙土压力计算问题,基于平面滑裂面假定和极限平衡原理,结合微分层解析法和图解法,推导了挡土墙主动土压力和被动土压力的统一解,可计算土压力沿墙身的分布、土压力合力及其作用点位置以及滑裂面土反力,经典库仑和朗肯土压力为其特例.提出了分层土土压力实用计算模型,可以考虑墙背倾斜和粘性土的作用,该模型可简化为现行以朗肯土压力理论为基础的分层土土压力计算方法.通过与相关文献算法的比较验证了本文方法的合理性.     

挡土墙地震主动土压力计算方法与研究

本文以分层法研究了墙被直立光滑刚性挡土墙在地震作用下主动土压力的具体情况,并与无地震力作用时的主动土压力计算结果作比较。本文的计算公式和方法适用于单一、均质、各向同性填土,又适用于多层不同性质填土的挡土墙主动土压力的计算。计算结果表明,考虑地震作用后主动土压力明显增大,其合力作用点位置距离挡土墙底大于三分之一墙高。     

复合土钉支护内力与变形的模拟分析

为研究复合土钉支护体系中各构件的协同作用机理,应用FLAC-3D软件对纯土钉支护、土钉-预应力锚杆支护、土钉-微型桩-预应力锚杆支护三种支护方式进行模拟分析。结果表明：锚杆的深层锚固作用使各层土钉的轴力相对于纯土钉支护明显减小,且距离锚杆越近的土钉轴力下降越明显;预应力锚杆的挤压作用使土体的可能滑裂面后移,滑移半径增大,基坑边坡的稳定性增强;微型桩的设置,增强了其周围一定范围内土体的强度,改善了开挖后土体的应力场和边坡的稳定性;设置微型桩超前支护后,土钉及预应力锚杆的轴力均下降,但下降幅度不大;在土钉支护中相继增加预应力锚杆和微型桩后,基坑的水平位移明显减少。     

非均匀堆载作用下圆形基坑主动土压力分析

基于轴对称情况下土体的极限平衡理论,将圆形基坑主动土压力的滑移线解推广到非均匀堆载情况.通过分析得出基坑半径和土体参数对基坑主动土压力的影响规律,并发现与朗肯土压力理论一致.比较了非均匀和均匀堆载作用下的滑移线场和相应的土压力分布,发现基坑周围不同位置的堆载大小只影响基坑侧壁某部分深度范围内的土压力分布.因此,可根据基坑周围堆载的分布形式,定性估计得到基坑侧壁的土压力分布.     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。     

有荷载作用时挡土墙主动土压力的计算

在工程中计算挡土墙的主动土压力,朗肯土压力理论和库仑土压力理论因其简单实用仍得到较多的应用,但两者却存在着一定的局限性,即对于实际工程很难严格满足其假设条件。基于库仑理论的平面滑裂面假定,考虑滑裂面上填土的粘聚力及填土与墙背接触面上的粘着力等因素的影响,分析了有荷载作用时滑动土楔体的极限平衡状态,并利用力矢多边形推导出了有荷载作用时主动土压力（粘性土、无粘性土）的计算公式。分析表明：提出的对粘性土主动土压力计算方法,可以不受传统朗肯理论和库仑理论较为苛刻的假设条件的限制,具有普遍的适用性。