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正文內(nèi)容

地震作用下橋臺(tái)臺(tái)后填土被動(dòng)土壓力位移曲線研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-24 13:44 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于K為水平應(yīng)力與豎直應(yīng)力的比值,即為被動(dòng)側(cè)壓力系數(shù),又由于橋臺(tái)臺(tái)后填土的類型為砂性土,為簡(jiǎn)化計(jì)算,這里取值取庫(kù)侖與郎肯計(jì)算得到的被動(dòng)土壓力系數(shù)的中間值,取中間值有K=則對(duì)數(shù)螺旋線在B點(diǎn)的切線與水平線的夾角為由角MON=90176??傻?則有 由上式以及橋臺(tái)臺(tái)高H=3可以求得滑裂面的位置和方程將郎肯被動(dòng)土壓力區(qū)作為第1區(qū),其余區(qū)域分成5份,第j條份的受力分析圖如下: 條分法計(jì)算被動(dòng)土壓力運(yùn)用郎肯被動(dòng)土壓力公式其中被動(dòng)土壓力系數(shù) 由于填土為砂性土故有::其余5個(gè)條塊按條分法計(jì)算,計(jì)算過程如接下來(lái)的表格中: 條分法求最大被動(dòng)土壓力法得到最大被動(dòng)土壓力為E=第三章“墻土”體系力位移關(guān)系的確定方法在上述算例中僅僅計(jì)算出了橋臺(tái)臺(tái)后填土的最大被動(dòng)土壓力,為了得出關(guān)于地震作用下橋臺(tái)臺(tái)后填土被動(dòng)土壓力位移曲線,從而對(duì)其進(jìn)行研究。接下來(lái),首先便是介紹幾種常用的確定墻土體系力位移關(guān)系的幾種常用方法,然后結(jié)合第二章的四種方法算得的四個(gè)被動(dòng)土壓力結(jié)果,繪出各個(gè)被動(dòng)土壓力在不同土壓力位移模式下的圖形。 三種墻土體系力位移關(guān)系的確定方法 Duncan雙曲線方法在土力學(xué)中,雙曲線很早之前就被用來(lái)模擬土體的力位移關(guān)系或力應(yīng)變關(guān)系,很多學(xué)者不斷對(duì)其改進(jìn)以模擬被動(dòng)狀態(tài)下檔墻填土的剛度,其最基本的形式為: ()式中,表示擋土墻的位移量;表示擋土墻位移量為時(shí),作用于單位寬度擋土墻的土壓力;和為常數(shù),其形式隨雙曲線模型不同而異。Duncan和Mokwa(2001)根據(jù)下列邊界條件確定和的值邊界條件I:當(dāng)時(shí),由 可得邊界條件II:當(dāng)→∞時(shí),由 可得,表達(dá)式為: ()式中,表示擋土墻填土體系在被動(dòng)狀態(tài)下的初始剛度;表示單位寬度擋土上的最大被動(dòng)土壓力,可以采用前述土壓力理論計(jì)算獲得;為雙曲線漸接線,;為表示和之間大小差別的經(jīng)驗(yàn)系數(shù);作用是防止最大被動(dòng)土壓力發(fā)生在→∞處,Duncan和Chang(1970)發(fā)現(xiàn)對(duì)于雙曲線表示的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,Duncan和Mokwa(2001)認(rèn)為對(duì)于雙曲線表示的力位移關(guān)系,該取值范圍仍然是十分合適的。初始剛度根據(jù)Douglas和Davis(1964)提出的彈性方法求解,如圖3.2所示,矩形ABCD表示位于彈性半無(wú)限空間中的平板,平板的一側(cè)作用有均布荷載q,并假設(shè)另一側(cè)的土體為彈性介質(zhì),由楊氏模量E和泊松比v表征。在均布力q作用下,可以求解ABCD四點(diǎn)的平均位移,于是該矩形板土體系的剛度也即為: () FHD方法Shamsabadi(2007),該雙曲線方法被Shamsabadi(2007)稱為HFD(Hyperbolic ForceDisplacement)方法。 Shamsabadi(2007)確定HFD模型的十個(gè)實(shí)驗(yàn)Silty Sand(Ref.)Fult/(Kips)ymax(in)ymax/HK(K/in/ft)Silty Sand(ULCA,2006)45554Clean Sand (BYU,2005)24551Silty Sand (BYU,2005)41453Fine Gravel (BYU,2005)17551Coarse Gravel(BYU,2008)45346Sand (BYU,2005)34542Sand/Abutment(RPI,2009)34317Sand/Pile Cap(RPI,2011)Clay (UCD,1994)31225Sand (Fang,1994)HFD方法通過下列邊界條件求解雙曲線函數(shù)方程式(),并確定A和B的值邊界條件I:當(dāng)時(shí),由;邊界條件II:當(dāng)時(shí),由; , ()式中: 表示單位寬度擋土墻上的最大被動(dòng)土壓力; 表示相應(yīng)于被動(dòng)土壓力時(shí)的割線剛度,; 表示被動(dòng)土壓力達(dá)到時(shí)的位移; 表示達(dá)到最大被動(dòng)土壓力時(shí)的位移;于是所表示的雙曲線位移關(guān)系表示為: () 上式中共有、和三個(gè)參數(shù)。Shamsabadi(2007),便分別給出了三個(gè)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值。值得注意的是,。()可得: HFD模型的參數(shù)填土類型Fult/(Kips)K(K/in/ft)ymax/HHeight Factor非粘性土50 粘性土25 Note:根據(jù)美國(guó)ASTM D1557規(guī)范,壓實(shí)率至少達(dá)到95%橋臺(tái)背墻高H= 砂土: ()粘土: ()式中: P為擋土墻寬上的被動(dòng)土壓力,單位為kips/ft; Y為墻體的位移,單位為inches; LSH方法 Shamsabadi(2007)采用雙曲線表達(dá)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系作為填土的本構(gòu)材料,并假設(shè)填土的破裂滑裂面為對(duì)數(shù)螺旋線和直線的組合。根據(jù)外荷載作用下應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的發(fā)展過程求解擋墻填土體系的力位移關(guān)系,該方法被稱為L(zhǎng)SH(LogSpiralHyperbolic)方法,其基本原理如下: Dubrove(1963)提出了一種確定墻后土壓力的方法,該方法假設(shè)在填土內(nèi)從上至下存在一系列破裂破裂面,而不是僅有最終的一條破裂滑裂面,而且這一系列破裂滑裂面是隨著墻體位移的增加逐漸出現(xiàn)的,每條滑裂面都對(duì)應(yīng)著該面上的土體強(qiáng)度參數(shù)和,也就是說(shuō),填土的強(qiáng)度時(shí)隨著擋土墻的位移量逐漸被激發(fā)出來(lái)的,而且所激發(fā)出來(lái)的填土強(qiáng)度沿著墻高是變化的。James和Bransby(1970)的試驗(yàn)表明:擋墻的位移是填土的剪應(yīng)變和被激發(fā)出來(lái)的抗剪強(qiáng)度的函數(shù)。于是,當(dāng)擋土墻被水平荷載F推向填土?xí)r,所產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力P是擋墻位移Δ的函數(shù)。當(dāng)墻體位移為Δ1時(shí),在填土內(nèi)產(chǎn)生滑裂面1,滑裂面的產(chǎn)生表明該面上土體的剪應(yīng)力達(dá)到了其抗剪強(qiáng)度,1滑裂面對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度為和;當(dāng)擋體位移為Δ2時(shí),在填土內(nèi)產(chǎn)生滑裂面2,2滑裂面對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度為和;當(dāng)墻體位移為Δult時(shí),才產(chǎn)生最終的滑裂面ult,ult滑裂面對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度和。每一級(jí)都有相應(yīng)的滑裂面、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、被動(dòng)土壓力之間相對(duì)應(yīng),也就可以確定出擋墻填土體系在被動(dòng)狀態(tài)下的力位移關(guān)系。LSH方法的思路是:首先將填土的應(yīng)變分成一系列等級(jí),...,然后根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計(jì)算出應(yīng)變對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度和,進(jìn)而可以確定第i個(gè)滑裂面,最后采用條分法計(jì)算出該滑裂面對(duì)應(yīng)的被動(dòng)土壓力Pi和位移,具體計(jì)算過程和程序如下。LSH方法求解墻土體系的力位移關(guān)系包括以下步驟:⑴確定填土的應(yīng)變關(guān)系和,其中為土體應(yīng)力達(dá)到破壞強(qiáng)度的一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變,為破壞強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的應(yīng)變,如圖所示,然后將應(yīng)變劃分成一系列等級(jí),...,;⑵由應(yīng)變的大小,根據(jù)填土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定相應(yīng)的由墻體位移所激發(fā)出來(lái)的土體強(qiáng)度參數(shù)和;⑶根據(jù)強(qiáng)度參數(shù)和確定第i個(gè)破裂面的位置和方程;⑷條分法計(jì)算第i條滑裂面對(duì)應(yīng)的墻體位移量;⑸條分法計(jì)算第i條滑裂面對(duì)應(yīng)的被動(dòng)土壓力;參數(shù)可以通過土工試驗(yàn)確定,也可以通過經(jīng)驗(yàn)值確定,經(jīng)驗(yàn)值如下表所示 土的經(jīng)驗(yàn)取值土的類型范圍粗砂細(xì)砂(細(xì)度012%)粉砂(細(xì)度1250%)砂質(zhì)粘土(非塑性)(塑性)粘土注:。參數(shù)可以根據(jù)Norris(1977)的試驗(yàn)結(jié)果?。? ()也可以根據(jù)Duncan amp。 Chang(1970)的方法取: ()式中。Duncanamp。Chang(1970)采用雙曲線形式的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表示土體的本構(gòu)模型,表示為 ()式中,為偏壓力; 為破壞狀態(tài)的極限偏壓力; 為應(yīng)變水平; 為土的初始切線剛度;在雙曲線模型中,偏應(yīng)力為漸接線一直延伸,因此需要人為假設(shè)一個(gè)破壞狀態(tài)的應(yīng)力水平,于是就引進(jìn)破壞參數(shù) ()于是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的雙曲線模型為 ()上式實(shí)際上表示的是應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平,需滿足以下三個(gè)條件 條件1:當(dāng)時(shí),SL=0 條件2:當(dāng)時(shí),SL= () 條件3:當(dāng)時(shí),SL=1但對(duì)于條件2,這并不是十分合理,于是Shamsabadi(2007)對(duì)雙曲線的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了修改,修改后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系直接采用了最原始的雙曲線模式,表達(dá)式為 ()根據(jù)上式三個(gè)條件可以直接求出A、B的值,帶入上式有 ()由以上可知: ()基于三軸試驗(yàn)的概念,又可以將應(yīng)力水平SL(),表達(dá)式為 ()式中, ()聯(lián)立上式可以得到的表達(dá)式,但直接求解比較困難,可以采用NewtonRaphson迭代求解。 確定破裂滑動(dòng)面的方法與采用“對(duì)數(shù)螺旋線條分法計(jì)算最大被動(dòng)土壓力”時(shí)確定的破裂滑動(dòng)面的方法相同
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