软土地基上加筋桥台结构动力特性及破坏机理研究

软土地基上加筋桥台结构动载特性及工作性能的研究是当前加筋土研究领域的热点问题之一。本课题以软土地基上加筋桥台结构为研究对象，揭示加筋桥台结构变形特点和破坏机理。具体内容包括：理论分析并建立反映筋材动载特性的合理实用本构模型；通过中型室内拉拔/剪切实验研究筋-土界面动载接触特性，建立结合有限元数值计算的筋-土界面计算力学模型；软土地基上加筋桥台结构的应力与变形特点的有限元计算建模与数值方法分析；通过室内中型模型试验，研究不同条件下软土地基上加筋桥台结构的变形模式与失稳机理，并结合实例和数值分析结果对比验证并完善有限元方法；将应力与变形分析的有限元数值方法与极限平衡法结合，引入筋-土应变相容的位移法，提出改进软土地基上加筋桥台结构设计的极限平衡法；通过大量变动参数对比分析，揭示各种因素对加筋桥台结构工作性能的影响，提出理论上合理且实用的设计方法，为软土地基上加筋桥台的工程设计提供理论依据。

项目以软土地基上加筋桥台结构为研究对象，结合理论分析、室内拉拔试验和加筋柔性桥台室内模型试验等手段，对加筋柔性桥台结构的工作性能与破坏机理进行了全面分析与对比研究，主要结论为：(1) 研制完成中型筋-土界面拉拔仪，并综合对比分析了界面正应力、格栅类型、拉拔速度、填土类型和黏性土含水量等因素对筋-土相互作用特性的影响，并建立反映筋-土界面特性的力学本构模型；(2) 研究加筋柔性挡墙顶部承受静载和循环荷载时的工作机理与破坏机理，对比分析了载荷大小、频率、持续时间以及基础宽度、筋材长度以及筋材与面板的连接模式对柔性挡墙性能影响，由此确定了桥台基础最佳偏移距离为0.3H和变形特点，并指出挡墙破坏以3种模式为主，即顶层面板挤出的浅层破坏、破坏面沿基础边缘发展并向深部推进和加筋挡墙整体破坏；(3) 开展了加筋柔性桥台结构工作性能的试验研究，综合对比分析桥台基础距下部挡墙面板的距离D对柔性桥台结构极限承载力、下部挡墙变形特点、筋材应变和土压力的影响。结果表明当下部加筋挡墙中筋材长度为整体桥台高度时，桥台结构极限承载力随偏移距离D增加呈现先增加后减小趋势，且在D为0.4HL(HL为下部挡墙高度)时达到最大值；加筋柔性桥台整体结构加载至破坏前一级载荷时，桥台基础沉降与台背加筋土顶部沉降均呈近似线性变化，且D/HL为0.4时二者差异沉降最小；挡墙面板顶部的水平位移明显大于中、底部，且挡墙水平位移与挡墙高度比值均小于1%；挡墙中各层筋材应变最大值随D增加而逐渐向远离面板方向发展，且D为0.4HL时台背加筋土和下部挡墙加筋中筋材的应变相差不大，整体柔性桥台结构工作性能达到最佳状态。(4) 建立结合有限元数值计算的筋-土界面计算力学模型，并结合模型试验结果对比了加筋桥台结构的应力与变形特点，进而基于塑性极限分析的上限定理，提出改进的加筋土坡稳定性计算方法，通过大量变动参数对比分析，基于试验和数值分析结果，确定基础距离面板的最佳距离，并给出此类结构设计的最佳参数，包括筋材长度、强度、层间距、基础宽度等。揭示各种因素对加筋桥台结构工作性能的影响，提出理论上合理且实用的设计方法，为加筋柔性桥台的工程设计提供理论依据。