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1、第36卷第13期山西建筑Vol.36No.132010年5月SHANXIARCHITECTUREMay.2010!77!文章编号:10096825(2010)13007703EPS土工泡沫对挡土墙振动缓冲作用数值模拟刘经法摘要:对在地震中破坏的实例挡土墙,提出EPS土工泡沫缓冲层设计,通过加设不同密度及厚度EPS土工泡沫提出两个方案,运用显式有限元分析方法,对其缓冲效果进行分析,得出了有设计参考意义的成果。关键词:EPS土工泡沫,挡土墙,抗震,显式有限元方法,数值模拟中图分类号:TU417.11文
2、献标识码:A1EPS土工泡沫在挡土墙抗震中应用和发展表2材料参数表密度弹性模量E泊松比粘聚力C内摩擦角剪胀角EPS(ExpandedPolystyrene)土工泡沫具有隔热性好、自重轻、类型kg/m3N/m2vN/m2/()/()自立性强、耐久性好、抗震性好等优良性能,且其强度可以依工程土体17601.8e70.30.835.710需要而调节。EPS土工泡沫是用于减弱其动力荷载作用在墙体基岩23004.9e100.1结构上的理想材料。Inglis(1996年)第一次提出使用EPS土工泡挡土墙24002e100.2沫作为地震缓冲层[1]。ItascaCons
3、ultingGroup(1996年)通过使表3各界面摩擦系数表用FLAC有限元软件进行数值分析得出,在地震作用下,使用土界面摩擦系数浇筑混凝土块间AB缝取0.5[3],其他取0.7[2]工泡沫缓冲层可以减少墙体上的横向压力。在国内EPS土工挡土墙/土0.441泡沫在挡土墙减震方面的应用和可参考的文献较少。本文基于挡土墙、基岩/EPS土工泡沫[4]0.6工程实例,用动力有限元时程分析法对设置EPS土工泡沫缓冲层土/EPS土工泡沫[4]0.5的挡土墙进行抗震数值分析。2.4地震波特征及其表征方法2挡土墙抗震数值分析本研究使用著名的埃尔森特罗地震波时程图(如图2所示)
4、,其最大加速度在2.12s处为0.342g,持续时间16s,间隔为0.02s。2.1工程实例简介地震波在基岩的顶部和土体的右边边界输入。1999年9月21日,中国台湾省花莲西南发生7.3级强烈地震。挡土墙用5块浇筑混凝土建成,施工缝间没有经过特别处理,在地震中,挡土墙的上部沿着施工缝向外滑移,最上部的两块倒向高速公路一侧,破坏区长达20m。2.2土工泡沫缓冲层设置方案为了研究EPS土工泡沫对该重力式挡土墙的动力缓冲作用,假定在挡土墙墙背设置不同类型和不同厚度的EPS土工泡沫缓冲层,设置方案如表1所示。表1EPS土工泡沫设置方案表2.5有限元计算结果及分析密度
5、弹性模量E泊松比设置厚度方案kg/m3N/m2vm2.5.1实例挡土墙破坏模拟实例在8.6s时就出现了破坏(见图3),在34界面处滑落1123.20.070.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,2.0,2.52141.30.080.8,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.2,2.4,2.6,3.0下来,说明了该墙体结构的抗震能力较差,与实例中的挡土墙在2.3有限元数值分析模型的建立地震中破坏情况基本吻合。数值分析模型如图1所示,模型由四部分组成:挡土墙、EPS土工泡沫、土体和基岩。土体使用扩展的DruckerPrager模型,其他三部分采用线弹性
6、模型。数值分析采用的计算参数如表2所示。2.5.2方案一1)位移分析。图4为设置不同厚度时的墙顶位移加速度时间关系图。模拟中,墙顶的位移在逐渐的增大,在加速度达浇筑混凝土块体之间、挡土墙与土、挡土墙与EPS土工泡沫、到最大时(2.12s内)其增幅最大,1.4m时,墙顶位移变化较小。基岩与EPS土工泡沫和EPS土工泡沫与土体的接触界面设置摩图5为设置不同厚度EPS土工泡沫的最终高度位移关系图。擦界面,法线方向为硬接触。界面的摩擦系数如表3所示。随着厚度的增加各个混凝土块位移减小。当大于1.4m厚度后收稿日期:20100118作者简介:刘经法(1983),男,硕士
7、,助理工程师,广东省交通工程质量监督站,广东广州510420第36卷第13期山西建筑!78!2010年5月位移变化不大,位移较小。1)位移分析。图7为设置不同厚度EPS时墙顶水平位移随时间的变化情况,在加速度达到最大时(2.12s内)其增幅最大,在此之后则增幅较小。图8为设置不同厚度EPS土工泡沫的最终高度位移关系图。随着厚度的增加墙体的各个混凝土块位移都相应的减小。当大于2m厚度后各混凝土块间位移变化比较均匀,位移较小。2)受力分析。图9为设置不同厚度时墙块4,5的水平总压
