地震作用下土工格室挡土墙的破坏机理及抗震性能研究

土工格室挡土墙是修建挡土墙时将土工格室作为一种加筋材料成层的水平埋置在土中而形成的人工挡土墙。土工格室挡土墙的研究较少，所查阅的文献主要集中在加筋土材料试验方面，且对于筋材特性的研究也偏重静力，动力特性的研究尚不多见。本项申请联合采用大型三轴试验、直剪试验、振动台模型试验和非线性有限元数值模拟，研究土工格室充填土作用机理和加固效果，建立土工格室填充土静、动力计算模型和拉伸变形模型，研究不同结构形式的土工格室挡土墙破坏机理和抗震性能。在试验基础上，引入土工格室填充土的复合土模型，建立复合土有限元动力计算方法；同时，引入土工格室材料模型和土工格室与充填土的界面模型，建立可考虑土工格室与充填土相互作用的分离式有限元动力计算方法，开发适用于土工格室挡土墙的动力反应分析程序。在试验与计算分析相互印证的基础上，将计算程序应用于实际工程，研究实际土工格室挡土墙动力反应特性和抗震性能，提出有效的抗震措施。

鉴于土工格室充填土挡土墙工程的抗震设计缺乏依据和理论研究明显落后于工程实践等问题，本项目组联合采用多项试验手段和有限元数值模拟方法开展了一系列研究。.通过窄条带拉伸试验研究了不同拉伸速率条件下HDPE土工格室片材的变形以及力学特性，发现土工格室片材在拉伸条件下会发生颈缩现象，并逐渐趋于稳定；拉伸速率对土工格室片材的应力~应变关系、拉伸模量、峰值强度、峰值应变等参数产生不同程度的影响。.采用大型三轴仪，进行土工格室充填土（土、砂、石）试样的固结排水剪试验（平行进行无土工格室加固的充填土试样试验），研究土工格室加固前后充填土试样的应力~应变关系变化规律，以初始模量、峰值强度、破坏应变、残余强度等参数和破坏性态为研究点。结果表明，土工格室破坏的主要形式是土工格室片材焊接部位的剥离和片材的塑性延伸；加入土工格室后，粗粒土的峰值强度、峰值应变、残余强度有着显著提高。并按照不同的强度理论整理了强度参数，总结了强度参数的变化规律，其中组合强度模型既能反映粗粒土强度的非线性，同时也可反映土工格室的附加凝聚力作用。.结合三轴试验成果，在本项目组自行开发的岩土工程三维非线性分析软件GEODYNA的基础上，引入土工格室（充填土）的复合土模型，建立复合土有限元动力计算方法；同时，采用基于临界状态理论和广义塑性理论的弹塑性模型模拟充填土的动力变形特性，考虑多孔介质水土耦合作用，采用先进的面向对象方法，以OpenMP作为支持程序并行计算的API，提高计算效率，开发了适用于土工格室挡土墙的动力反应分析程序。.采用分离式有限单元法对土工格室加筋挡土墙进行计算，定性分析了土工格室加筋挡土墙施工中的变形特性，破坏形式，重点研究了地震作用下土工格室加筋挡土墙的动力变形特性。对比不同工况的数值分析结果，讨论了加筋长度和加筋间距对土工格室加筋挡土墙的静力和动力作用下变形特性的影响，为工程实践提供理论依据。.结合本项目研究，培养博士生1名，硕士生3名，发表论文6篇，其中SCI收录1篇。以上述软件作为重要组成部分的软件系统通过了辽宁省信息安全与软件测评认证中心的检测，并获水力发电科学技术奖一等奖。