張世徑,王永勝
(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730030;2.蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730030)
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地震作用下土釘新計算方法的工程實踐
張世徑1,王永勝2
(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730030;2.蘭州理工大學(xué) 土木工程學(xué)院,甘肅 蘭州730030)
摘要:為考慮文獻(xiàn)[1]中提出的在地震主動土壓力作用下土釘?shù)挠嬎惴椒?,結(jié)合本地區(qū)工程實例分析地震主動土壓力和最危險滑移面與水平地震系數(shù)的相互影響,并與在不考慮地震時的作用進(jìn)行比較。結(jié)果表明:在地震作用下土釘能夠有效地減少土體對支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力,使?jié)撛诨泼嬷鸩较蚝笠苿?;隨著基坑深度的增加,地震作用下的滑移面向墻后移動的幅度增大,土釘?shù)目傞L也隨之增長。
關(guān)鍵詞:土釘支護(hù);地震主動土壓力;工程實踐
擋土墻是防止路基填土或山體滑坡坍塌的常用支擋構(gòu)筑物。而土釘墻支護(hù)作為一種新型的柔性主動支護(hù)模式,因其經(jīng)濟(jì)可靠且施工快速簡便,已在土體開挖和邊坡穩(wěn)定等工程領(lǐng)域得到迅速的推廣和應(yīng)用[2~5]。尤其是“5.12”地震以后,誘發(fā)了大量的邊坡災(zāi)害,而邊坡災(zāi)害所引發(fā)崩塌、滑坡等成為了阻斷交通的主要因素[6~8]。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)[9,10],許多經(jīng)過柔性支擋結(jié)構(gòu)支護(hù)和錨固的邊坡卻依然屹立,能夠正常使用,這給我們留下了許多值得思考的地方。因此,支護(hù)結(jié)構(gòu)在地震作用下的主動土壓力研究具有很大的現(xiàn)實意義。
應(yīng)用文獻(xiàn)[1]推導(dǎo)的考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的地震主動土壓力和最危險滑移面計算公式,結(jié)合工程實例分析水平地震系數(shù)對地震主動土壓力和最危險滑移面的影響,并和不考慮地震作用的結(jié)果進(jìn)行比較。
文獻(xiàn)[1]應(yīng)用基本假定,建立了考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的地震主動土壓力計算模型,如圖1所示。
圖1 平面滑動的主動土壓力分析
通過一系列推導(dǎo)最終得到了考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的地震主動土壓力和最危險滑移面的計算公式,如式(1)和式(2)所示。
式中各參數(shù)的物理意義可參見文獻(xiàn)[1]。
3.1工程概況
甘肅某二級公路新建工程邊坡采用土釘墻支護(hù),墻高9m,邊坡角度為70°,墻背地面水平,邊坡重要性系數(shù)1.0,土釘與水平面夾角100,安全系數(shù)取1.3,本工程抗震設(shè)防烈度為8度,地震加速度峰值取0.20g,如圖2所示,邊坡土體參數(shù)見表1。
圖2 土釘支護(hù)設(shè)計簡圖
表1 邊坡及土體參數(shù)
3.2水平地震系數(shù)Kh對最危險滑移面的影響
通過Kh的變化來分析地震作用下考慮土釘作用時最危險滑移面的變化情況。最終結(jié)果見表2。
表2 最危險滑動面對水平地震系數(shù)Kh的影響
圖3 水平地震系數(shù)Kh對最危險滑移面的影響
由圖3可知,隨著地震烈度的增大,考慮土釘作用時的擋墻最危險滑移面逐漸減小,即滑移面慢慢向墻后移動,其角度值比靜力計算時的角度(45° +=58.5°)小。由此可見,地震作用下土釘?shù)淖饔檬沟没泼娴某霈F(xiàn)與靜力作用時有所不同,整體有向后移動的趨勢。
3.3最危險滑移面對土釘總長度的影響
應(yīng)用文獻(xiàn)[1]推導(dǎo)的考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的地震土壓力公式計算,得到地震作用時最危險滑移面與水平面的夾角(39.6°),并與不考慮地震作用時的夾角(45°+=58.5°)做比較,如圖4所示,兩者相差18.9°,地震作用時滑移面向墻后移動。
圖4 最危險滑移面對土釘總長度的影響
通過設(shè)計確定的土釘總長度和計算地震時的最危險滑移面,再根據(jù)傾角關(guān)系進(jìn)一步調(diào)整地震時的土釘長度,并和不考慮地震作用時的土釘長度做比較,其結(jié)果見表3。
表3 土釘設(shè)計參數(shù)
由表3可知,地震作用時第一排土釘增長2.2m,增長率為31.4%;第二排土釘增長1.8m,增長率為25.7%;第三排土釘增長1.5m,增長率為30%;第四排土釘增長0.8m,增長率為16%。
1)通過計算分析可知,土釘?shù)拇嬖谀軌蛴行У販p少地震作用下土體對支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力,使滑移面逐步向后移動。
2)應(yīng)用本文的公式對兩種不同高度的土釘墻在地震作用下的長度進(jìn)行了計算,并與不考慮地震作用時的長度做了比較。計算表明,隨著基坑土釘墻高度的增高,地震作用下的滑移面向墻后移動的幅度增大,土釘?shù)目傞L也隨之增長。
3)最后,通過算例結(jié)果對比和參數(shù)分析可知,這種計算方法能夠很好地應(yīng)用于工程實踐,為以后土釘支擋結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供理論依據(jù)。
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