土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究

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1、2011年3月JOURNALOFDISASTERPREVENTIONANDREDUCTIONMar.2011土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究杨冬1，姚令侃1，2，蒋良潍1，2（1.西南交通大学，四川成都610031；2.抗震工程技术四川省重点实验室道路与铁道工程抗震技术研究所，四川成都610031）摘要：汶川震区路基挡土墙震害表明，地震动荷载作用下重力式挡墙的位移、破坏与基础场地形式有关，除岩质场地和土质场地挡墙所共有的外倾形式，土质地基挡土墙还表现有整体推移及下部向外推移的倾转变形等复杂模式，因此地震土压力大小及分布也将受到这种复杂土－结相互作用的影响。基于碎石土及风化花

2、岗岩填料的土质场地重力式挡土墙大型振动台模型实验，对挡土墙地震土压力及变形模式开展了对比研究，发现在强震作用下，土质地基挡墙因基础约束较弱而产生位移，并伴随明显的墙—土分离现象，致使实测地震土压力较之抗震设计规范计算值偏小（0．4g峰值加速度下约小6％～15％），但作用点高度变化不大。由实验结果与现行抗震规范计算值的安全系数对比，认为对土质场地挡墙的地震土压力计算，按现行国内抗震设计规范基本能满足实际工程抗震设计需要；对于地震区挡墙设计，在允许挡墙发生少量容许位移的前提下可采用内摩擦角较大、自稳能力更好的墙背填料以减少地震土压力。关键词：重力式挡土墙；地震土压力；土质场地；振动台模型实

3、验；墙土分离；挡墙位移中图分类号：P315．9；TU411文献标志码：A文章编号：1674－8565（2011）01－0008－09震土压力按Mononobe－Okabe公式计算。此方引言0法起源于20世纪20年代Okabe和Mononobe等人基于库仑土压力理论并考虑水平地震系数和地震角而得。根据该公式，地震动土压力沿墙高呈三角形分布，合力作用点在H／3墙高处。但公式并未考虑基础埋置形式及场地的差异，重力式挡土结构广泛运用于路堤、路堑护墙，边坡挡墙，基坑开挖支护，河道两岸的护岸墙等土建工程，高烈度地震区亦大量使用。然而，对影响地震作用下挡墙稳定性的地震土如未对岩石地基和土质地基加以区

4、分。而根据压力的分布形式、大小、合力作用点位置等重库仑假设的基本条件，土压力与填料是否达到要因素，至今还未形成统一定论。究其原因，挡土墙和土体构成了一个复杂的土－结非线性动力相互作用体系，影响地震反应的因素较多，位移极限状态有关，墙基场地差异可引起挡墙位移不同，从而影响地震土压力的大小和分布。5·12汶川大地震震害提供了对Mononobe－实验与分析面临着力学模型、计算等诸多方面的困难［1］。本构特性和数值Okabe公式适用性的实际检验。课题组对震区公路挡土墙的大量破坏调查统计表明：岩石地现行国内《公路工程抗震设计规范》［2］、基的挡墙多为倾覆破坏和墙身中间凸出或剪断《铁路工程抗震设计

5、规范》［3］中关于墙后填土地破坏。而土质地基挡墙的破坏形式更为复杂和收稿日期：2010-12-01修订日期：2011-02-07基金项目：铁道部科技研究开发计划课题（2008G027-E-2）。作者简介：杨冬（1985-），男，四川省达州市人，硕士研究生，现主要从事道路与铁道工程防灾减灾的研究工作。Email：120606846@qq.com1期杨冬，等：土质场地重力式挡土墙地震土压力振动台实验研究9明显，除了墙体向外倾（图1a）、墙体在中部动台模型实验，初步探讨了土质基础重力式挡凸出两种模式外，还包括墙体整体推移变形墙地震土压力与位移条件的关系，并进一步讨（图1b），甚至出现下部向外

6、推移，而上部位移论了其与现行抗震设计规范的差别。不明显的变形模式（图1c）。重力式挡土墙振动台模型试验1模型设计及测点布置试验在西南交通大学道路与铁道工程铁道部重点实验室的单向电液伺服驱动式地震模拟振动台上进行。振动台台面尺寸为4m×2m，1．1最大负载25t，最大加速度1．2g，最大速度0．4m／s，最大位移±100mm。参考相关振动台试验模型框设计［4］，最终确定以空心钢方管为材料制做刚性模型试验框。试验框侧壁采用有机玻璃封闭，主振方向的端壁垫衬3cm厚泡沫以减弱土－框共振，模型框内部尺寸3．5m（长）（a）土基浆砌片石挡墙上部推移（外倾）（宽）（高）。×1．5m×2．1m实验中，

7、地基土与墙后填料均采用同一种土，以碎石土和风化花岗岩共进行两组实验对比。两种填料均为粘聚力很小的透水性材料，通过大型直剪实验取综合内摩擦角。碎石土采用路基工程常用的A－B组填料，其级配曲线非均匀系数Cu＝6．8，曲率系数Cc＝1．3（d60、d30、（b）土基浆砌片石挡墙整体推移10分别为综合内摩擦角d11．6、5．0、1．7mm），42°。风化花岗岩Cu＝33．0，Cc＝1．2（d60、d30、d10分别为9．9、1．9、0．3mm），综合内