铁路加筋土挡墙构设方法及抗震特性概述

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1、铁路加筋土挡墙构设方法及抗震特性概述第一章绪论1.1引言土体的工程性质取决于土体的成分和周围环境的影响。土体的成分包括矿物种类、吸附阳离子的种类、孔隙水的成分和土颗粒形状等；周围环境包括土体的围压、含水量和温度等[1]。土体成分决定土体可能表现出的最多的性质，土体周围环境决定土体在某种状态下真实呈现出的性质。每一种因素的改变都可能引起土体工程性质不小的变化。因此在土木工程中首先要对土体成分和周围环境进行了解和掌握，然后再分析土体的压缩性、强度和应力等，这些都是与土体状态和性质相关，同一种土体对应不同的性

2、质状态所表现出的应力特征是不同的，这就是土体使工程问题变得复杂多变的原因。土体稳定性和土体承载能力取决于土体强度，土体强度又受到土颗粒接触界面的摩擦力影响，这种摩擦力又取决于有效应力，有效应力是受到土体外部施加应力和土体变形等所控制。因此土体的工程性质十分复杂。土的性质虽然复杂多变但是有一点是可以确定的土体不能承受拉力。在土木工程中，几乎所有的工程都需要跟土打交道，无论是桥梁、道路、边坡、挡墙还是工民建等等。某些工程对土体要求较高，土体本身的性质和强度满足不了工程的稳定性要求，因此需要在土体中加入具有一

3、定抗拉强度的材料，通过这些材料与土体之间摩阻力来增加土体的模量，对土体中应力进行重新分布，从而改善土体整体稳定性和抗变形能力，这就是土中加筋的原理。对于某些挡墙工程，使用的并不是传统的重力式挡墙，而是加筋土挡墙。加筋土挡墙是由墙面板、筋带和填料组成的，具有经济、强度高、变形小、抗震性能强等优点，因此在岩土工程中发展较为迅速，应用较为广泛，尤其在重要工程中更是需要加筋土挡墙来发挥其优势，提高工程结构性能和安全概率。.1.2加筋土挡墙设计方法国内外研究现状欧洲国家的加筋土挡墙设计指南较多，德国建筑技术规范设

4、计的DIBt法，英国BS8006-1-2010规范设计，加拿大的Bathurst法。北美最具代表性的加筋土挡墙设计方法是美国所推行的LRFD设计方法。我国的设计方法是以极限平衡为理论基础，依据加筋土挡墙的作用原理加以改造优化而形成的设计方法。纵观国内外，所有的加筋土挡墙设计方法都是基于极限平衡设计方法上发展起来的[3~5]。目前为止应用比较广泛的设计理论为极限平衡法和极限状态法，在这两种设计理论上建立起来比较具有代表性的设计方法有德国DIBt法、英国BS8006设计方法、美国FHohr-Coulomb模

5、型.......375.1.2线弹性模型.........385.2模型的建立....395.3材料参数的选择........395.4荷载与边界条件........405.5加筋土挡墙模型的运行结果及讨论......435.6本章小结........58第五章铁路加筋土挡墙的抗震性能模拟研究5.1模型理论介绍岩土工程中有许多的数值分析软件来辅助解决岩土问题，比如ANSYS、ADINA、PLAXIS、SLIDE和ABAQUS等等，每一种软件都有各自的特点和优势，应当根据具体岩土问题来选择数值模拟软件。本

6、文选用PLAXIS对铁路加筋土挡墙的抗震性能进行模拟研究。PLAXIS[42]是一款专用与岩土专业的二维有限元计算程序，主要有八种模型：线弹性模型、Mohr-Coulomb模型、强化土模型、软土模型、节理岩石模型、Hardening-Soil模型、软土蠕变模型和改进的Cam-Clay模型。每一种模型都是一定程度上的形式简单、参数较少且易于试验确定。模型的选取要根据材料的种类和掌握的具体情况而定，若想对被考虑的问题进行一个大致的初步分析则使用Mohr-Coulomb模型，若掌握较为全面的数据想进一步的分析

7、则使用Hardening-Soil模型，若想分析蠕变性能则使用软土蠕变模型。本文主要使用的是线弹性模型和Mohr-Coulomb模型。.结论本文对国内外加筋土挡墙设计方法和理论进行简要介绍，并概述了铁路加筋土挡墙的荷载特点和作用机理。在此基础之上针对美国FHWA-NHI-00-043和英国BS8006设计指南进行了详细了算例对比分析，得出来突出极限状态法优势的数条结论。同样对美国FHWA-NHI-00-043设计指南和我国《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)当中的加筋土挡墙抗震设计部分，

8、进行了对比分析，然后对加筋土挡墙抗震设计提出几点与极限状态法相关的建议。最后对铁路加筋土挡墙抗震性能进行了模拟研究。主要得出以下研究成果：(1)极限状态法设计理论在判断挡墙极限状态时需要同时考虑荷载作用位置、荷载类型和荷载组合，再将乘以荷载系数的荷载统一考虑方可进行。与同样条件下极限平衡法所判断的极限状态并不相同，极限状态设计理论确定的极限状态要更加合理正确，并且充分发挥材料性能和挡墙优势。(2)极限状态法的设计理论从挡墙内、外部作用原理和