路基支擋結構地震動力響應及抗震設計改進技術研究.pdf

1、近年來發(fā)生在我國的幾次大地震造成了震區(qū)路基支擋工程的大量破壞，引發(fā)了人們對生命線工程的嚴重擔憂。路基支擋工程在地震作用下的破壞模式、震后修復措施及其抗震技術，已成為當前研究的熱點和難點問題。本文利用汶川地震路基支擋結構的實震資料，通過采用大型振動臺模型試驗、數值模擬以及解析計算，研究了地震作用下柔性擋墻和剛性擋墻的動力響應特性和變形破壞機制，以及錨固邊坡的地震穩(wěn)定性影響因素等，并針對加筋土擋墻和格賓擋墻提出了抗震設計改進方法和措施。本文

2、的主要工作及研究結論如下:
　　(1)傾覆破壞是路肩墻在地震作用下的主要破壞模式，提高路肩墻抗傾覆穩(wěn)定性應是其抗震設計的核心;路塹墻被毀雖會造成道路被掩埋，但經清理后即可恢復通車，總體上看其震害較輕。擋墻的震害受多種因素的影響，擋墻的砌筑方法是影響其震害程度的主要內在因素，地震烈度則是影響擋墻震害程度的主要外部因素，另外，道路線形和斷裂帶走向也有重要影響。應用地質雷達對震后擋墻進行檢測，操作簡便檢測效率高，且對線路運營不造成任何影

3、響，通過連續(xù)的雷達圖像可快速準確地判斷擋墻的震損狀況。
　　(2)利用汶川地震豐富的近場實震資料，分析總結了地震作用下擋墻的變形破壞模式，指出地基類型對擋墻的變形模式有著直接的影響。傾斜變形和推移變形分別是巖質地基擋墻和土質地基擋墻最主要的變形模式?；赪inkler地基模型，認為土體是一系列彈簧和理想剛塑性體的組合體，分析得到了不同變形模式下擋墻地震主動土壓力的分布規(guī)律。結果表明:擋墻的地震土壓力分布特征與變形模式密切相關，除了

4、平行推移模式，其余變形模式下擋墻地震土壓力沿墻高都呈非線性分布;巖質地基擋墻的地震土壓力合力作用點要比土質地基擋墻高。通過開展位于巖質地基和土質地基上擋墻的振動臺模型試驗，對文中提出的擋墻地震土壓力計算方法進行了驗證，發(fā)現試驗結果和理論分析結果較相吻合。
　　(3)為研究填料性質對擋墻地震動力特性的影響，開展了不同填料的擋墻振動臺試驗，結果發(fā)現填料性質對擋墻的動力特性及變形破壞機制影響顯著。由于碎石土容易壓實，地震波動力作用可較為

5、直接地作用于墻背，故地震土壓力要比石英砂擋墻以及風化花崗巖擋墻都大;地震土壓力合力作用點也與填料性質密切相關，碎石土填料擋墻的合力作用點高于0.33倍墻高，且隨著PGA的增加，合力作用點高度也隨之升高;在地震土壓力和作用點高度的綜合影響下，碎石土擋墻的抗傾覆安全系數小于風化花崗巖和石英砂擋墻，汶川震區(qū)擋墻多傾覆破壞，驗證了上述結論。采用數值模擬對試驗結果進行了驗證，認為碎石土填料擋墻的動位移較另外兩種填料的擋墻都小。
　　(4)為

6、分析比較條帶式和包裹式加筋土擋墻的地震動力響應特征，開展了以上兩種加筋土擋墻模型的大型振動臺試驗。結合震害調查的結果，發(fā)現砌塊式加筋土擋墻在地震作用下的破壞模式主要表現為局部砌塊的松動變形，很少會出現整體垮塌的情況。相比條帶式加筋土擋墻，包裹式加筋土擋墻在地震作用下產生的變形量要小。在相同地震動量級作用下，包裹式加筋土擋墻相應部位的水平加速度放大系數要小于條帶式加筋土擋墻，但峰值動土壓力卻要比條帶式加筋土擋墻大，這是因為包裹式加筋土擋墻

7、面板在地震作用下的變形量小，對土體的約束能力強所致。因此，在抗震設防區(qū)，特別是在高地震烈度區(qū)進行加筋土擋墻的選型時，包裹式加筋土擋墻應作為一種優(yōu)選結構。分析認為加筋土擋墻在進行抗震設計時除了要進行穩(wěn)定性的檢算外，還應檢算墻體的變形量，加筋土擋墻在地震作用下的最大變形量應小于允許的變形量。為維持線路的正常使用，加筋土擋墻的變形指數應控制在4％以內。若驗算得到的變形量超出允許值，可采取增大墻后填土的壓實度和適當增加拉筋長度，以及加厚墻體和降

8、低墻體坡率等措施。
　　(5)為研究柔性擋墻的地震動力響應特性及變形特征，開展了格賓加筋擋墻與生態(tài)加筋擋墻的大型振動臺模型試驗。結果表明:在地震作用下，兩種柔性擋墻的峰值動土壓力沿墻高呈現中間小兩端大的分布特征。鼓脹變形是地震作用下兩種擋墻的主要變形模式，變形后擋墻的地震土壓力將會有一定程度的衰減。對于鐵路及高等級公路柔性擋墻的抗震設計，除要保證其整體穩(wěn)定性外，還需控制墻體的局部變形量，采用易壓實的填料或增加墻體材料的彈性模量和厚

9、度均可以有效控制擋墻的地震變形量。施加受力撐可有效減小格賓網箱的變形，尤其是施加交叉斜撐后變形量的減小最為顯著，因此，建議對于變形控制異常嚴格的高等級道路，可采用該方法來控制格賓擋墻的變形量。
　　(6)現場調研發(fā)現，對于錨固工程，錨索的抗震能力最為突出，其次為錨桿，并且認為決定錨桿（錨索）抗震效果的主要因素為錨固長度。掛網噴射混凝土具有一定的抗震能力，而主動網則幾乎不具備抗震能力。通過采用擬靜力法對汶川震區(qū)內錨桿支護邊坡的地震穩(wěn)