地震作用下重力式挡墙反滤垫层减震效应研究

论文摘要

反滤垫层作为支挡结构的重要组成部分,在排除墙背土体积水以维持挡墙稳定、反滤以防止土体流失产生渗透破坏等方面都发挥着重要作用,但现有反滤层的设计还缺乏系统性和针对性,地震条件下如何发挥反滤排水层的减震消能功能还待开发,且高烈度地震区,还需要考虑地震作用对支挡结构的影响。若能赋予反滤垫层减震功能将能有效保证支挡结构的安全性与长期服役性能。故开展兼具反滤、排水及减震消能功能的新型反滤垫层研究具有现实的工程意义。以振动台试验及ABAQUS有限元计算为研究手段进行重力式挡墙反滤垫层消能减震作用研究。开展了纯重力式、垫加厚度为4cm及2cm弹性模量为0.1MPa反滤垫层三组振动台试验,从地震作用下土压力最大响应及考虑墙、土都朝向临空面运动且土体位移量大于墙体时土压力的最大响应两个角度对反滤垫层的消能减震作用进行分析。有限元工作为针对反滤垫层厚度及弹性模量两个参数对其消能减震作用的敏感性分析。取得主要成果如下:(1)由于反滤垫层的消能作用,加速度及位移响应皆大于纯重力式工况。墙后填土加速度相对振动台台面加速度皆有放大效应,且表现出随着距墙底高度增加而增大,随着地震动峰值加速度(PGA)增大而减小。墙后填土动位移响应呈现出离墙背越远响应值越小,随着PGA增大而增大。(2)反滤垫层作用下,静土压力分布更加均匀,整体呈现出更显著“抛物线”非线性分布规律。但反滤垫层对于静土压力并没有减载作用。(3)通过振动台试验研究表明:反滤垫层对动土压力有明显减载作用,从而对地震土压力也起到减载作用。动土压力及地震土压力的减载率皆呈现出随着PGA增大而增大且4cm厚度反滤垫层效果优于2cm反滤垫层。PGA=0.4g(大震)时,反滤垫层减载效果显著。加4cm、2cm反滤垫层工况下,动土压力最大响应减载率分别为50%~70%、45%~65%,地震土压力最大响应减载率分别为38%~43%、31%~41%。考虑墙土位移的不利工况下:加4cm、2cm反滤垫层工况下,动土压力减载率分别为45%~65%、25%~35%,地震土压力减载率分别为18%~40%、11%~23%。有限元计算表明:随着反滤垫层厚度增加、弹性模量的减小,减载率逐渐增大。同时墙后填土位移量在增大,反滤垫层用于耗能而产生的形变量亦增加。综合考虑减载率、土体位移量及经济性,实际工程中推荐使用反滤垫层厚度为4cm~20cm弹性模量为0.1~0.5MPa。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究意义及国内外研究现状
•     1.1.1 研究意义
•     1.1.2 国内外研究现状
•   1.2 主要研究内容和技术路线
•     1.2.1 主要研究内容
•     1.2.2 研究技术路线
• 第2章 重力式挡墙振动台试验
•   2.1 振动台模型试验设计
•     2.1.1 重力式挡墙浇筑
•     2.1.2 振动台试验方案
•     2.1.3 试验条件控制
•     2.1.4 试验相似率
•   2.2 墙后填土物性试验
•     2.2.1 颗粒分析试验
•     2.2.2 颗粒密度试验
•     2.2.3 相对密度试验
•   2.3 振动台模型试验过程
•     2.3.1 模型箱内侧贴泡沫板及透明薄膜
•     2.3.2 凸台及挡墙吊装
•     2.3.3 安装土压力盒
•     2.3.4 分层填筑线绘制
•     2.3.5 墙后填料填筑与压实
•     2.3.6 加速度计保护及埋设
•     2.3.7 夹具与动位移计安装
•     2.3.8 振动台操作及数据采集
•   2.4 试验数据处理及分析
•     2.4.1 加速度数据处理及分析
•     2.4.2 位移数据处理及分析
•     2.4.3 土压力数据处理及分析
•   2.5 本章小结
• 第3章 重力式挡墙反滤垫层消能减震试验分析
•   3.1 加速度响应分析
•     3.1.1 加速度响应时程分析
•     3.1.2 加速度放大效应分析
•   3.2 位移响应分析
•     3.2.1 动位移响应时程分析
•     3.2.2 动位移变化规律分析
•     3.2.3 填土表面震陷分析
•   3.3 土压力响应分析
•     3.3.1 静土压力分析
•     3.3.2 土压力最大响应分析
•     3.3.3 不利工况下土压力响应分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 地震作用下重力式挡墙数值模拟
•   4.1 本构模型及材料参数
•     4.1.1 几何模型的建立
•     4.1.2 各材料参数
•   4.2 ABAQUS数值模拟分析
•     4.2.1 反滤层厚度的影响
•     4.2.2 反滤层弹性模量的影响
•   4.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文及科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄卿德

导师: 张良

关键词: 重力式挡墙,反滤垫层,消能减震,减载率,厚度,弹性模量

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 西南交通大学

分类号: TU435

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.001074

总页数: 109

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