地震作用下土工格室擋土牆的破壞機理及抗震性能研究

《地震作用下土工格室擋土牆的破壞機理及抗震性能研究》是依託大連理工大學,由孔憲京擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地震作用下土工格室擋土牆的破壞機理及抗震性能研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孔憲京

項目摘要

土工格室擋土牆是修建擋土牆時將土工格室作為一種加筋材料成層的水平埋置在土中而形成的人工擋土牆。土工格室擋土牆的研究較少，所查閱的文獻主要集中在加筋土材料試驗方面，且對於筋材特性的研究也偏重靜力，動力特性的研究尚不多見。本項申請聯合採用大型三軸試驗、直剪試驗、振動台模型試驗和非線性有限元數值模擬，研究土工格室充填土作用機理和加固效果，建立土工格室填充土靜、動力計算模型和拉伸變形模型，研究不同結構形式的土工格室擋土牆破壞機理和抗震性能。在試驗基礎上，引入土工格室填充土的複合土模型，建立複合土有限元動力計算方法；同時，引入土工格室材料模型和土工格室與充填土的界面模型，建立可考慮土工格室與充填土相互作用的分離式有限元動力計算方法，開發適用於土工格室擋土牆的動力反應分析程式。在試驗與計算分析相互印證的基礎上，將計算程式套用於實際工程，研究實際土工格室擋土牆動力反應特性和抗震性能，提出有效的抗震措施。

結題摘要

鑒於土工格室充填土擋土牆工程的抗震設計缺乏依據和理論研究明顯落後於工程實踐等問題，本項目組聯合採用多項試驗手段和有限元數值模擬方法開展了一系列研究。 通過窄條帶拉伸試驗研究了不同拉伸速率條件下HDPE土工格室片材的變形以及力學特性，發現土工格室片材在拉伸條件下會發生頸縮現象，並逐漸趨於穩定；拉伸速率對土工格室片材的應力~應變關係、拉伸模量、峰值強度、峰值應變等參數產生不同程度的影響。 採用大型三軸儀，進行土工格室充填土（土、砂、石）試樣的固結排水剪試驗（平行進行無土工格室加固的充填土試樣試驗），研究土工格室加固前後充填土試樣的應力~應變關係變化規律，以初始模量、峰值強度、破壞應變、殘餘強度等參數和破壞性態為研究點。結果表明，土工格室破壞的主要形式是土工格室片材焊接部位的剝離和片材的塑性延伸；加入土工格室後，粗粒土的峰值強度、峰值應變、殘餘強度有著顯著提高。並按照不同的強度理論整理了強度參數，總結了強度參數的變化規律，其中組合強度模型既能反映粗粒土強度的非線性，同時也可反映土工格室的附加凝聚力作用。 結合三軸試驗成果，在本項目組自行開發的岩土工程三維非線性分析軟體GEODYNA的基礎上，引入土工格室（充填土）的複合土模型，建立複合土有限元動力計算方法；同時，採用基於臨界狀態理論和廣義塑性理論的彈塑性模型模擬充填土的動力變形特性，考慮多孔介質水土耦合作用，採用先進的面向對象方法，以OpenMP作為支持程式並行計算的API，提高計算效率，開發了適用於土工格室擋土牆的動力反應分析程式。 採用分離式有限單元法對土工格室加筋擋土牆進行計算，定性分析了土工格室加筋擋土牆施工中的變形特性，破壞形式，重點研究了地震作用下土工格室加筋擋土牆的動力變形特性。對比不同工況的數值分析結果，討論了加筋長度和加筋間距對土工格室加筋擋土牆的靜力和動力作用下變形特性的影響，為工程實踐提供理論依據。 結合本項目研究，培養博士生1名，碩士生3名，發表論文6篇，其中SCI收錄1篇。以上述軟體作為重要組成部分的軟體系統通過了遼寧省信息安全與軟體測評認證中心的檢測，並獲水力發電科學技術獎一等獎。