地震作用下土釘新計算方法的工程實踐

張世徑，王永勝

(1.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州理工大學 土木工程學院，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.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州730030)

摘要：為考慮文獻[1]中提出的在地震主動土壓力作用下土釘?shù)挠嬎惴椒ǎY(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結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力，使?jié)撛诨泼嬷鸩较蚝笠苿樱浑S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；地震主動土壓力；工程實踐

1　概述

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。而土釘墻支護作為一種新型的柔性主動支護模式，因其經(jīng)濟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[1]推導的考慮支護結(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)果進行比較。

2　土釘支護結(jié)構(gòu)地震主動土壓力新計算方法

文獻[1]應(yīng)用基本假定，建立了考慮支護結(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

通過一系列推導最終得到了考慮支護結(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[1]。

3　工程應(yīng)用分析

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，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[1]推導的考慮支護結(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%。

4　結(jié)論

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)。

參考文獻：

[1]Yongsheng Wang,Yanpeng Zhu,Yong Zhou.Method for Cal culating Seismic Active Earth Pressure of Soil-nailing Re taining Structures Based on Energy Theory[J].Chinese Jour nal of Geotechnical Engineering,2012,34(S0):40-44.(in Chinese).

[2]Jian Wang,Lingkan Yao,Qiang Chen.Research on Failure Mode of Road Embankment in Wenchuan Great Earthquake and Deformation Control of Geogrid Reinforcement[J].Chi nese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29 (1):3387–3394.(inChinese).

[3]Yanling Qiu, Lingkan Yao, Wei Qin. Characteristic Analysis of the Damaged Retaining Wall in Wenchuan Earthquake[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science),

2010,29(4):576–581.(inChinese).

[4]Qiang Xu,Weile Li.Distribution of Large-scale Landslides Induced by the Wenchuan Earthquake[J].Journal of Engi neeringGeology,2010,18(6):818–826.(inChinese).

[5]Yuanzhan Wang,Xinguo Li,Nannan Chen.Active Earth PressureonaRetainingWallandLateralCoefficientofEarth Pressure[J].Rock and Soil Mechanics,2005,26(7):1019–1022.(inChinese).

[6]LifengWang.AnalysisofFacingEarthPressureinSoilNailing Walls[J].RockandSoilMechanics,2010,31(5):1615-1626. (inChinese).

[7]ZhenminCao.AnalysisofActiveEarthPressureofBackFill on Retaining Wall with Curved Rupture Surface[J].China JournalofHighwayandTransport,1995,8(2):7–14.(inChinese).

[8]BROWZINBS.AnchoredBulkheadsHorizontalandSloping Anchors[J].JGeotechEngngDivAmSocCivEngrs,1981,107 (GT5):629–645.

[9]HASHASHMA,WHITTLEAJ.MechanismsofLoadTransfer andArchingforBracedExcavationsinClay[J].2002,128(3): 187-197.

[10]DESAICS.AFundamentalStudyofBracedExcavationCon struction[J].ComputGeotech,1977,8:39-64.

中圖分類號：TH432