柔性加固失穩(wěn)重力式擋土墻的支靜動力穩(wěn)定性

柔性加固失穩(wěn)重力式擋土墻的靜動力穩(wěn)定性分析蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院朱彥鵬2014.10.11蘭州第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會一、研究背景二、柔性支擋結(jié)構(gòu)的型式和應(yīng)用三、柔性支擋結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定性四、柔性支擋結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性五、結(jié)論匯報內(nèi)容：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會一.研究背景第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會我國是一個多山的國家，山地占國土面積約2/3,有世界上兩條最活躍的地震帶，東有太平洋地震帶，西有喜馬拉雅山-地中海地震帶。西北地區(qū)溝壑縱橫，大多為黃土地區(qū)，在這些地區(qū)修建城市、修筑公路和鐵路時都會遇到邊坡的開挖和回填問題，為防止滑坡和泥石流的發(fā)生則必然要支擋，這樣才能保證工程的使用安全。以前的重力式擋墻出現(xiàn)穩(wěn)定性問題很多，我們研究的框架預(yù)應(yīng)力錨桿（錨索）加固法，加固效果很好！第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會某加油站重力式擋墻失穩(wěn)某重力式擋墻失穩(wěn)引起的地面開裂，威脅建筑物的安全。第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會二.柔性加固重力式擋墻的型式和應(yīng)用第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會7第二十三屆結(jié)構(gòu)工程會議圖1基于框錨加固技術(shù)的失穩(wěn)重力式擋墻支護結(jié)構(gòu)立面

圖2基于框錨加固技術(shù)的失穩(wěn)重力式擋墻支護結(jié)構(gòu)剖面第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會8第二十三屆結(jié)構(gòu)工程會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會9第二十三屆結(jié)構(gòu)工程會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會10第二十三屆結(jié)構(gòu)工程會議三.

框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固失穩(wěn)重力式擋土墻的靜力穩(wěn)定性創(chuàng)新團隊的基本情況第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議當(dāng)時，當(dāng)時，圖3加固后擋墻墻背土壓力分布3.1框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固后重力式擋土墻的土壓力第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議當(dāng)時，當(dāng)3.2擋土墻加固后的墻頂面上活荷載產(chǎn)生的土壓力豎向土壓力可按應(yīng)力擴散角法計算：時，水平總土壓力第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會14第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議3.3加固后重力式擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性分析圖4抗傾覆穩(wěn)定性驗算簡圖第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會15

整體穩(wěn)定性分析簡圖第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議3.4加固后重力式擋墻的抗滑移穩(wěn)定性分析四.

框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固失穩(wěn)重力式擋土墻的動力穩(wěn)定性創(chuàng)新團隊的基本情況第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會圖5框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固重力式擋墻地震土壓力的分布第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議4.1框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固失穩(wěn)重力式擋土墻的地震動力響應(yīng)分析（1）框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固后重力式擋土墻的動力分析模型

對于一個框架預(yù)應(yīng)力加固后的重力式擋土墻土質(zhì)均勻邊坡，地震時假定其破壞模式為直線破裂面破壞，這樣破裂面以外土體由坡頂至坡腳就近似呈倒三角形分布。因此地震土壓力的圖形為一個倒三角形分布，相當(dāng)于加固支擋結(jié)構(gòu)僅發(fā)生第一振型。對于土體任意點，地震時所產(chǎn)生的位移：則土對擋土墻產(chǎn)生的地震動土壓力強度為：

第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會18第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議其中：土體的最大位移可由下式求得[第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會19第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議圖6土層和重力式擋墻質(zhì)量分布示意圖

根據(jù)公式（14）~（19）得地震時支檔結(jié)構(gòu)上的土壓力強度：

則作用在加固框架錨桿結(jié)點處的動土壓力為：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會20第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議（2）加固框架預(yù)應(yīng)力錨桿重力式擋墻的結(jié)構(gòu)動力分析模型及控制方程

當(dāng)僅考慮水平地震作用時，采用集中質(zhì)量法進行加固框架預(yù)應(yīng)力錨桿重力式擋墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析，把錨桿簡化為彈簧支座，以錨桿與框架相交結(jié)點為中心作為質(zhì)量及重點。圖7框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固重力適當(dāng)結(jié)構(gòu)動力分析模型圖8加固立柱計算單元簡圖第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會21第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議其控制微分方程如下質(zhì)量矩陣：剛度矩陣：為框架和重力式擋墻的等效剪切剛度矩陣為錨桿支座的彈性剛度矩陣。第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議集中質(zhì)量表達式：彈性支座剛度系數(shù)計算：因此在單位力作用下錨桿支座彈性變形量為：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會23第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議（3）加固框架預(yù)應(yīng)力錨桿重力式擋墻的結(jié)構(gòu)振型反應(yīng)分析及錨桿拉力設(shè)個獨立單自由度方程式為：

式中：由于初位移和初速度都為零，上式的解為：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會24第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議則動力方程的解為：即框架結(jié)構(gòu)的動力位移為：擬靜力位移為：從而得加固框架預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)各自由度的總位移：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議框架結(jié)構(gòu)沿支座方向的等效靜力，即錨桿拉力可表示為：從而得出加固框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固結(jié)構(gòu)中錨桿拉力為：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議則第n個節(jié)點產(chǎn)生的地震作用慣性力為：抗震設(shè)計計算時可?。旱谑猛亮W(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議4.2框架預(yù)應(yīng)力錨桿加固失穩(wěn)重力式擋土墻的地震動力穩(wěn)定性（1）加固后重力式擋墻的地震動力抗傾覆穩(wěn)定性式中：為擋土墻自重引起的抗傾覆力矩；為墻趾處動土壓力所產(chǎn)生的抗傾覆力矩為預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計極限拉力所產(chǎn)生的抗傾覆力矩；為加固重力式擋墻和墻背處土體動力產(chǎn)生的傾覆力矩第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議（2）加固后重力式擋墻的地震動力抗滑移穩(wěn)定性加固后的重力式擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性，可用下式計算：第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會五.結(jié)論第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議（1）以極限平衡理論為基礎(chǔ)，對柔性加固后重力式擋土墻進行整體靜力穩(wěn)定性分析，推導(dǎo)出擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性計算公式。（2）通過分析給出了地震動力計算模型，分析了地震動力作用，采用振興分解法給出地震動力作用下地震作用和錨桿拉力計算公式。（3）采用極限平衡法，給出了地震動力作用下，框架預(yù)應(yīng)力錨桿柔性加固重力式擋土墻的地震動力作用下抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性計算公式。第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會主要學(xué)術(shù)方向取得的標志性成果

根據(jù)以上成果課題組編著了國內(nèi)第一部《支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計》（朱彥鵬、羅曉輝、周勇）編著，高等教育出版社（2008年5月出版），出版了《支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算手冊》（朱彥鵬、王秀麗、周勇），中國建筑工業(yè)出版社（2008年5月），該成果于2006年12月通過甘肅省科技廳成果鑒定，成果達到了國際先進水平。該成果在國道G75高速公路建設(shè)中得到應(yīng)用。團隊專家組在2010年8月7號舟曲洪水泥石流、8月12日隴南洪水泥石流發(fā)生之后對其泥石流的成因和防治對策進行調(diào)查，通過調(diào)查研究，在科技廳的領(lǐng)導(dǎo)下，組成蘭州大學(xué)、蘭州理工大學(xué)和甘肅林科院為主的研究團隊共同申請了國家支撐計劃“地震擾動區(qū)重大滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害防范與生態(tài)修復(fù)”（2011BAK12B00）項目，團隊主要成員承擔(dān)“白龍江流域滑坡泥石流工程防治技術(shù)研究與示范”（2011BAK12B07），獲得科技部764萬元和省科技廳的60萬元資助。2012年5月10號岷縣特大暴洪泥石流發(fā)生之后，團隊專家組在科技廳組織下作為省災(zāi)后調(diào)查專家組，對其泥石流的成因和防治對策進行調(diào)查，形成了調(diào)研報告，提交省科技廳供省政府災(zāi)后重建參考。2011年３月２日東鄉(xiāng)縣縣城發(fā)生特大地質(zhì)災(zāi)害，薩爾塔文體廣場西北部發(fā)生大面積滑坡，縣城出現(xiàn)大面積地面塌陷和不穩(wěn)定斜坡。甘肅東鄉(xiāng)縣特大滑坡地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)后重建規(guī)劃工作方案６月初確定。團隊專家協(xié)助甘肅省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查院完成的地質(zhì)災(zāi)害治理方案，現(xiàn)在正在實施。第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室33地震擾動區(qū)重大滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害防范與生態(tài)修復(fù)隴南成州民用機場高填方跑道土基處理試驗及災(zāi)害防治研究

（甘肅省重大科技專項，528萬）蘭永一級公路高邊坡和軟弱土地基處治技術(shù)研究（210萬）蘭州低丘緩坡未利用地造地工程（485萬，蘭州市）慶陽市超大厚度黃土上修建超高建筑基礎(chǔ)方案（198萬，慶陽市）蘭州地鐵車站深基坑支護方案（68萬，鐵一院）

在重大巖土工程項目問題LanzhouUniversityofTechnology

甘肅省科技攻關(guān)項目“永久性柔性邊坡支擋結(jié)構(gòu)的地震作用分析與設(shè)計”（2GS064-A52-040）獲2012年度甘肅省科技進步二等獎；國家自然基金及甘肅省科技攻關(guān)項目“支擋結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計方法研究及其在黃土地區(qū)的應(yīng)用”獲2007年度甘肅省科技進步二等獎；在甘肅、青海、寧夏完成了200余項工程治理項目，效益數(shù)億元。科研獲獎第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會六.目前開展的研究工作創(chuàng)新團隊的基本情況第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會項目負責(zé)人：王秀麗朱彥鵬“地震擾動區(qū)重大滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害防范與生態(tài)修復(fù)”（2011BAK12B07，764萬）國家科技支撐計劃項目重大項目之一甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室重大項目工程應(yīng)用情況第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會

白龍江流域滑坡防治綜合技術(shù)研究；白龍江流域滑坡防治綜合技術(shù)示范；白龍江流域泥石流防治綜合技術(shù)研究；白龍江流域泥石流防治綜合技術(shù)示范。成果可推廣到所有西部滑坡泥石流的防治當(dāng)中。解決的關(guān)鍵技術(shù)問題甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會舟曲春長南路東側(cè)高邊坡治理工程第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會舟曲災(zāi)后重建項目春長南路東側(cè)高邊坡治理工程第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會40舟曲春長南路邊坡治理舟曲鎖兒頭滑坡治理蘭州市滑坡治理

在重大工程項目的應(yīng)用情況舟曲南山滑坡治理甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會項目負責(zé)人：朱彥鵬甘肅隴南成州民用機場高填方跑道土基處理試驗及災(zāi)害防治研究

甘肅機場投資公司328萬甘肅省重大科技項目200萬重大項目之二第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會甘肅隴南成州民用機場高填方跑道土基處理試驗及災(zāi)害防治研究第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室固原機場水毀甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室固原機場水毀甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室延安新機場甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室固原機場水毀LanzhouUniversityofTechnology

山區(qū)機場高填方處置方法及工后沉降控制；山區(qū)機場高填方和挖方邊坡的穩(wěn)定性及加固措施；山區(qū)機場建成后防洪水、滑坡泥石流防治研究。成果可推廣到天水機場、平?jīng)鰴C場的建設(shè)中。解決的關(guān)鍵技術(shù)問題第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議項目負責(zé)人：朱彥鵬蘭州低丘緩坡未利用地造地工程420萬蘭州市人民政府重大項目之三第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會LanzhouUniversityofTechnology蘭州低丘緩坡未利用地造地技術(shù)規(guī)定蘭州低丘緩坡造地檢測蘭州低丘緩坡造地第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議LanzhouUniversityofTechnology

濕陷性黃土地區(qū)荒山造地技術(shù)標準；造地時高填方處置方法及工后沉降控制；高填方和挖方邊坡的穩(wěn)定性；造地后洪水、滑坡泥石流防治研究。成果可推廣到甘肅全省造地工程當(dāng)中。解決的關(guān)鍵技術(shù)問題第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議項目負責(zé)人：朱彥鵬蘭永一級公路軟弱土地基處治技術(shù)可行性研究210萬重大項目之四甘肅省交通廳第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議第十二屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會1.1大規(guī)模公路通過土質(zhì)較差的軟土地區(qū)，控制軟基穩(wěn)定性及變形尤為關(guān)鍵橋頭跳車及半挖半填路基處理在高速公路建設(shè)中的重要意義第二十三屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議LanzhouUniversityofTechnology

軟弱路基處理技術(shù)及橋頭跳車處理技術(shù)；高填方路基處置方法及工后沉降控制；高填方和挖方邊坡的穩(wěn)定性及加固方法；特殊路段的邊坡加固技術(shù)研究。成果可推廣到濕陷性黃土地區(qū)高速公路