加筋擋土墻在動力作用下的性質分析

吳志民 黃文者 方國平

摘 要：本文通過建立加筋擋土墻的ANSYS有限元模型，進行靜力、6度、7度和8度的地震作用下的有限元分析，加筋擋土墻在不同地震力作用筋帶拉力分析、墻高對擋墻板面位移影響的分析，得出一些結論。

關鍵詞：擋土墻；有限元；動力分析

0 引言

近年來我國在加筋擋土墻動力方面研究工作剛剛開始，有許多學者在該領域有一定的研究，也得出一些結論，然而，就目前對加筋土擋土墻的動力特性的研究來看還遠遠不夠。動力設計理論還很不成熟。本文通過建立有限元模型對比分析靜力作用、6度、7度和8度地震作用下加筋擋土墻的分析。

1 有限元模型的建立

本項目采用 Drucker-prager彈塑性模型（簡稱D-P模型）進行分析。土體采用PLANE42單元。加筋體釆用平面單元Plane82單元。幾何模型為墻高6m，加筋體長5米。

本文有限元參數根據有關土工試驗結果及有關參考文獻取值，具體取值如表1、2、3

2 加筋擋土墻在不同地震力作用筋帶拉力分析

根據建立的模型，分別計算了在靜力、6度、7度、8 度地震作用下，加筋材料在面板處，距面板1m 和3m處各層加筋材料所受的拉力，計算結果見圖1、圖2、和圖3。

由圖1-3可知，在靜力和不同地震烈度作用下，筋帶拉力都呈現沿墻高減小的趨勢，這與由朗肯土壓力計算的拉筋最大拉力發生在墻體底部基本相符。6度地震作用下的筋帶拉力比起靜力作用下相差不大，7度地震時增長 50%左右，而8 度地震作用下的筋帶拉力幾乎是7度地震作用下的2倍。可見，隨地震烈度的增加，筋帶拉力也逐漸增加，而且隨設計烈度增加呈現出快速增加的趨勢。

3 墻高對擋墻板面位移影響的分析

在地震動力荷載作用下，加筋土擋墻作為穩定地基上部結構，由原來的靜止狀態進入強迫振動狀態，并發生變形破壞。一般而言，結構的變形位移有兩部分：一部分是靜載位移，另一部分則是動載位移。靜載位移是擋墻施工過程中的變形位移，當擋墻施工完成后，擋墻的靜載位移就會慢慢穩定，側向土壓力靠筋-土之間的摩阻力來平衡。如果擋墻受到地震動力荷載作用時，內部原有的應力平衡狀態將受到破壞，從而導致擋墻產生變形。如果地震加速度峰值較小、作用時間較短，擋墻可以通過自身內部應力調節來維持穩定，此時的擋墻變形較小，由地震荷載產生的動載位移變形將逐漸恢復。如果地震加速度峰值較大，持續時間較長，則擋墻內的變形迅速增大，這時筋-土之間產生的摩擦阻力將不足以維持結構的穩定，擋墻面板因此產生向外的位移變形，擋墻內部將形成潛在的滑移面。

圖4顯示的是在各個震級下墻面水平位移值，圖4表示的這種水平位移隨墻高變化趨勢，據此分析可以得出：各個震級下墻面水平位移隨墻高變化趨勢是一致的，水平位移隨墻高的增加而逐漸增大，墻底位移最小，墻頂位移最大。即擋土墻在地震動荷載作用下變形趨勢是繞墻趾轉動；隨著地震峰值加速度的增大，墻面水平位移也逐漸增大，而且這種變化趨勢在墻底處不明顯，隨墻高增加這種變化趨勢愈明顯。即隨峰值加速度的增大墻面水平位移在墻底處變化不大，在墻頂處變化最大。

4結論

通過上述分析得出以下結論：

（1）隨地震烈度的增加，筋帶拉力也逐漸增加，而且隨設計烈度增加呈現出快速增加的趨勢。

（2）隨著地震峰值加速度的增大，墻面水平位移也逐漸增大，而且隨墻高增加這種變化越大。

參考文獻

[1] 周世良，汪承志，何光春，欒茂田. 臺階式筋帶加筋擋墻潛在破裂面計算模式研究[J].公路交通科技，2007：24（11）：15～20

[2] 周士良.筋帶加筋土擋墻的結構特性及破壞機理研究[D]. 重慶：重慶大學， 200

[3] 楊正權.加筋土擋墻的穩定性分析研究[D] .大連：大連理工大學， 2006

[4] 李敬梅.地震作用下壩基土體的液化及有限元分析[D].天津：天津大學，200

[5] 嚴祖文，李敬梅，馮藝.地震作用下壩基土體液化判別及動力有限元分析[J].中國農村水利水電，2006：78～8