近场地震作用下台阶式高加筋土挡墙抗震性能研究

Near field strong ground motions may consist of large components of vertical acceleration. They may also be of pulse-type. Tiered geosynthetic reinforced soil retaining walls have a great potential of extensive application in areas of high seismicity, hence it is crucial to understand their seismic performance subjected to near-field strong ground motions. In this project, the seismic performance of high tiered reinforced soil retaining walls will be investigated by means of dynamic direct shear tests, centrifuge shaking table tests, nonlinear Finite Element simulation, and theoretical analysis. Based on the revealed mechanisms, a simplified method to analyze the ultimate seismic capacity of this type of earth structures will be developed. The main contents of in-depth investigation include: the mechanism of soil-reinforcement interaction under the combined action of horizontal and vertical excitations; the seismic response and strength of high.tiered reinforced soil retaining walls under near-field ground motions, and a simplified method to analyze the seismic capacity considering complicated characteristics of strong ground motions. The project will clarify the misconception of engineers on the seismic performance of reinforced soil structures, will improve the seismic capacity, and will result in a method to analyze the seismic capacity. It will further promote the applications of geosynthetic-reinforced soil structures in the areas of high seismicity in China.

近场地震动往往具有大的竖向运动分量，而且可能含有大周期速度脉冲，而台阶式高加筋土挡墙是一种具有广泛应用前景的抗震土工构筑物，但学界对其在近场强地震作用下的抗震性能尚不清楚。基于此，本项目将以高烈度地震区的台阶式高加筋土挡墙为研究对象，结合大型动力直剪试验、离心机振动台试验、非线性动力有限元模拟、以及理论分析等研究手段，揭示台阶式高加筋土挡墙与近场地震动耦合作用机理以及结构抗震机理，并建立其抗震性能的实用评估方法。重点研究的内容包括：水平及竖向地震动共同作用下的筋土相互作用、近场地震作用下台阶式高加筋土挡墙的地震响应及强度、以及考虑复杂地震动特性的台阶式高加筋土挡墙简化抗震分析模型等。本项目的研究将澄清工程界对高加筋土挡墙抗震性能的模糊认识，提高其抗震性能，并为该类土工构筑物的抗震分析提供一种实用分析手段，研究结果将为进一步推动土工合成材料加筋土结构在我国高烈度地震区应用奠定科学基础。

近场地震动往往具有较大的竖向运动分量，而且可能含有大周期速度脉冲，而台阶式高加筋土挡墙是一种具有广泛应用前景的抗震土工构筑物，但学界对其在近场强地震作用下的抗震性能尚不清楚。基于此，本项目将高烈度地震区的台阶式高加筋土挡墙为主要研究对象，主要结合离心机振动台试验、非线性动力有限元模拟、以及理论分析等研究手段，开展了如下研究工作：水平及竖向地震动共同作用下的筋土相互作用、近场地震作用下台阶式高加筋土结构的地震响应规律、以及考虑复杂地震动特性的加筋土挡墙挡墙地震响应简化分析模型等。项目研究发现，竖向地震动的作用主要是增大了填土的压缩变形，提高了填土的有效围压，从而增大其刚度，一定程度改变了加筋土结构的横向振动频率特性，加筋土结构的地震响应也随着出现变化；双向地震动并不会明显降低筋土相互作用；项目研究初步厘清了脉冲型地震作用下加筋土挡墙地震响应机理，发现大的速度脉冲可能是造成结构大变形甚至破坏的重要原因；项目建立了加筋土结构筋材拉力简化分析方法，采用加筋土主动区的根方加速度，可以基于拟静力法计算筋材总动拉力；基于一定的筋材拉力分布规律，可计算各筋材层最大的地震动拉力。项目揭示的台阶式加筋土结构抗震机理为国际加筋土技术理论的发展做出了一定的贡献，并澄清了工程界对结构抗震性能的模糊认识，初步建立了抗震能力实用分析方法，为基于性能加筋土挡墙抗震设计的发展奠定一定的科学基础，为加筋土挡墙的工程实践服务。项目的一些研究成果已经在湖北及新疆一些重要公路工程中得到应用。