整体刚性面板加筋土挡墙工作机理及结构性能研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:reinhardwu
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整体刚性面板加筋土挡墙具有整体性好、稳定性高、抗变形能力强的特点。目前,我国现有对加筋土挡墙的研究多集中于返包式面板和模块式面板加筋土挡墙,对整体刚性面板加筋土挡墙的研究较少。对此,本文分析了整体刚性面板加筋土挡墙的结构特点、设计方法等,提出整体刚性面板加筋土挡墙分区理论。通过室内三轴试验、加筋土挡墙现场试验、墙顶静载和震动荷载作用下的三维数值模拟系统研究了整体刚性面板加筋土挡墙的结构性能。主要研究内容和结论如下:(1)提出了基于考虑面板和加筋体刚性连接效应的刚度强化区概念,并将加筋土挡墙分为刚度强化区、加筋区Ⅰ和加筋区Ⅱ三个区域,提出整体刚性面板加筋土挡墙分区理论。(2)针对整体刚性面板加筋土挡墙内部有、无筋材的区域,开展单向拉伸塑料土工格栅加筋砾石填料和砾石填料的静、动大三轴试验。根据静三轴试验研究砾石加筋前后黏聚力和内摩擦角的变化;根据动三轴试验,研究砾石和加筋砾石轴向应变、动弹性模量和应力-应变滞回曲线的变化。并利用安定性理论分析了轴向累积应变类型,结合响应面法推导了轴向累积应变和动弹性模量的多元拟合方程。试验发现,单向土工格栅加筋砾石后,其黏聚力、内摩擦角、动弹性模量和阻尼均有所增大。(3)依托新建成昆铁路复线加筋土挡墙进行现场试验,分析面板形式(现浇整体刚性面板、复合整体刚性面板、模块式面板)和地基处理方式(桩网复合地基、浅层换填地基)对加筋土挡墙的结构行为和力学特性的影响,研究其基底应力、墙背土压力系数、土工格栅应变、墙体压缩量和墙面水平位移的变化规律。在施工期间,发生两次地震,监测并分析了真实地震前后挡墙的变形和土压力的变化。试验发现,现浇整体刚性面板加筋土挡墙墙背侧向土压力系数主要集中在0.1~0.2;复合整体刚性面板加筋土挡墙侧向土压力系数主要集中在0.1~0.25;模块式面板加筋土挡墙土压力系数主要集中在0.1~0.4;对于桩网复合地基加筋土挡墙,侧向土压力系数小于换填地基加筋土挡墙,主要集中在0.05~0.2。(4)使用FLAC3D建立加筋土挡墙的三维数值模型,与现场挡墙数据进行对比验证。从静载强度、静载位置、连接锚杆钢筋长度、面板形式和地基处理方式等方面分析整体刚性面板加筋土挡墙的静力性能。研究发现,在静载作用下,随着墙顶荷载的递增,墙面水平位移逐渐增大;返包背部水平土压力和墙面板水平土压力在1.8 m~4 m范围内增长较大。当连接锚杆钢筋长度缩短到1 m以下时,对加筋土挡墙变形和土压力的影响相对减弱,此时钢筋主要起连接面板和返包袋的作用。(5)在整体刚性面板加筋土挡墙数值模型底部施加正弦波荷载,研究其抗震性能。研究动荷载加速度、连接锚杆钢筋长度、面板形式和地基处理方式对整体刚性面板加筋土挡墙动力性能的影响。研究发现,随着峰值加速度的增加,墙面位移、墙顶和基底沉降均有所增加,墙顶和基底沉降最大位置均在加筋区Ⅱ。两类整体刚性面板加筋土挡墙的抗震性能优于模块式面板加筋土挡墙。
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