《擋牆粘性土地震土壓力非線性分布的分析方法研究》是依託中南大學，由林宇亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：擋牆粘性土地震土壓力非線性分布的分析方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：林宇亮
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
現行抗震規範中Mononobe-Okabe理論是擋牆地震土壓力計算的標準方法，但該理論不適用於粘性土、無法獲得土壓力分布和合力作用點位置。本項目綜合多種因素，建立複雜條件下粘性土地震土壓力分析模型，引入薄層微元分析法對微元土體進行極限平衡分析，獲得適用於任意牆背傾角、任意填土面傾角的地震土壓力非線性分布通用公式；採用圖解法求解複雜條件下地震土壓力臨界破裂角的顯式解，提出粘性土主動土壓力裂縫深度的計算方法；開展地震土壓力振動台試驗，獲得擋牆移離和擠壓土體並至達到極限平衡狀態的土壓力分布結果，並通過數值模擬對比和補充試驗結果；結合試驗和數值模擬結果驗證通用公式，對不同土壓力分析方法適用性和有效性進行評述；開發地震土壓力程式，完成程式的輸入輸出界面和容錯提示功能，並嵌入試驗成果，為工程套用提供便利。本研究將在地震土壓力非線性分布方面形成系統、實用的研究成果，並為抗震設計推薦有效的土壓力分析方法。
結題摘要
土壓力計算是岩土工程領域一個經典又複雜的問題。在地震土壓力方面，規範普遍採用Mononobe-Okabe(M-O)理論。M-O公式沒有考慮粘聚力，無法得到土壓力分布及其合力作用點。因此，M-O公式隱含假設土壓力為直線分布，合力作用點位置在距牆底1/3牆高處。直線分布假設與實際存在較大差異，可能使擋牆抗震計算的安全係數偏高。項目直接針對M-O理論開展研究，完成的工作有： (1) 綜合多種因素獲得了粘性土地震土壓力非線性分布的通用公式。推導了地震土壓力及其非線性分布完備的理論解答，獲得了土壓力臨界破裂角的顯式解，提出了粘性土主動土壓力裂縫深度的計算方法。通過參數簡化，驗證了M-O、Coulomb、Rankine等公式為通用公式的特例。對地震土壓力進行了參數分析。 (2) 開展了擋牆牆背地震土壓力的振動台試驗和數值模擬，得到了地震土壓力的時程特性。並結合已有試驗結果，對通用公式的正確性、有效性及其存在的不足給出了評價。 (3) 結合項目的理論成果，開發了地震土壓力計算軟體，完成了土壓力計算軟體的輸入模組、輸出模組，以及土壓力非線性分布的繪圖模組，實現了土壓力計算結果的界面輸出和檔案輸出。 對比於M-O理論，本項目的理論創新體現在以下四個方面： (1) 綜合考慮填土粘聚力、牆土粘結力、水平和垂直地震係數、牆背傾角、填土面傾角、內摩擦角、牆土摩擦角、均布超載等因素，將地震土壓力公式拓展為適用於不同土性、不同填土面傾角和不同牆背傾角的地震土壓力計算。 (2) 基於條分法的思想，得到了複雜條件下地震土壓力非線性分布以及土壓力合力作用點位置的解析解，彌補了M-O理論直線分布假設的不足。 (3) 提出了粘性土地震主動土壓力裂縫深度的計算方法。結果表明，裂縫深度受填土粘聚力、填土內摩擦角、水平和垂直地震係數、牆土粘結力等多種因素的影響。對比於郎肯土壓力裂縫深度計算公式，計算結果更為合理。 (4) 通過將土壓力合力與破裂角的關係轉換為合力與幾何邊長的關係式，避免了超越方程求解等難題，獲到了複雜條件下地震土壓力臨界破裂角的顯式解析解。
