CN110987335A

CN110987335A - 双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置

Info

Publication number: CN110987335A
Application number: CN201911327314.1A
Authority: CN
Inventors: 蔡晓光; 李思汉; 黄鑫; 徐洪路
Original assignee: Institute of Engineering Mechanics China Earthquake Administration; Institute of Disaster Prevention
Current assignee: Institute of Engineering Mechanics China Earthquake Administration; Institute of Disaster Prevention
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN110987335B

Abstract

本申请公开了一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置，方法包括：通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型；在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据；对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置；基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。所述双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置，能够确定双级加筋土结构潜在破裂面的位置，填补了目前关于双级加筋土挡墙潜在破裂面位置研究不足的空白，且过程中将地震作用影响考虑在内，具有更好的适用性。

Description

双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置

技术领域

本发明涉及建筑安全领域，更具体的说，是涉及一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置。

背景技术

加筋土挡墙因其结构形式简单、施工速度快等特点已被广泛应用于建筑领域。随着建筑需求标准的不断提高，目前双级及多级加筋土的应用也越来越普遍。

潜在破裂面的确定是加筋土结构筋材长度设计的关键，如图1，为加筋土结构破裂面情况示意图。加筋体内部根据筋材的受力情况不同，分为主动区和锚固区：主动区为破裂面左侧靠近墙体区域，筋材不承担拉拔作用；锚固区为破裂面右侧区域，筋材提供拉拔力使加筋土结构稳定。

现有技术中，存在一些确定加筋土结构潜在破裂面的方法，但已有的上述方法多针对单级加筋土挡墙结构，且各有各的缺点，例如确定过程中假设情况较简单未考虑岩土实际行为、工程实用性较差、未考虑地震的突发性及高破坏强度特征等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了如下技术方案：

一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法，包括：

通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型；

在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据；

对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置；

基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。

可选的，所述加筋土结构为加筋土挡墙、加筋土桥台或加筋土边坡。

可选的，所述基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置，包括：

基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式；

基于所述潜在破裂面计算公式以及已知的双级加筋土结构的参数确定潜在破裂面的位置。

可选的，所述基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式，包括：

求导下级挡墙潜在破裂面位置公式；

求导上级挡墙潜在破裂面位置公式。

可选的，所述求导下级挡墙潜在破裂面位置公式，包括：

求导下级挡墙潜在破裂面公式，下级挡墙潜在破裂面起始点为墙趾，其函数为y＝kx,由0.3H法确定下级挡墙顶部潜在破裂面的位置为(D+d+0.3h_u，h_I)，由此确定k值；其中h1为下级挡墙高度，hu为上级挡墙高度，D为上下两级挡墙之间平台宽度，d为挡墙面板厚度，x为潜在破裂面位置，y为墙高。

可选的，所述求导上级挡墙潜在破裂面位置公式，包括：

求导上级挡墙潜在破裂面位置公式，上级挡墙潜在破裂面起始点为下级挡墙顶部潜在破裂面位置(D+d+0.3h_u，h_I)处，设上级挡墙潜在破裂面位置函数为y＝kx+A，上级挡墙潜在破裂面斜率

此时只剩一未知量A，令

代入已知点(D+d+0.3h_u，h_I)求解方程，即得到

继而得到

进一步得出上级挡墙潜在破裂面公式为

可选的，包括：

模型设计模块，用于通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型；

抗震试验模块，用于在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据；

应变点确定模块，用于对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置；

破裂面确定模块，用于基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。

可选的，所述加筋土结构为加筋土挡墙、加筋土桥台和或筋土边坡。

可选的，所述破裂面确定模块包括：

公式确定模块，用于基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式；

位置确定模块，用于基于所述潜在破裂面计算公式确定潜在破裂面的位置。

可选的，所述公式确定模块包括：

第一确定模块，用于求导下级挡墙潜在破裂面位置公式；

第二确定模块，用于求导上级挡墙潜在破裂面位置公式。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置，方法包括：通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型；在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据；对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置；基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。所述双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法及装置，能够确定双级加筋土结构潜在破裂面的位置，填补了目前关于双级加筋土挡墙破裂面确定研究不足的空白，且过程中将地震作用影响考虑在内，具有更好的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为加筋土结构破裂面情况示意图；

图2为加筋土挡墙示意图；

图3为双级加筋土挡墙示意图；

图4为挡土墙组成部分示意图；

图5为本发明实施例公开的一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法流程图；

图6为本发明实施例公开的试验实测应变值最大点与其他规范及方法比较图；

图7为本发明实施例公开的工程示意图及潜在破裂面位置图；

图8为本发明实施例公开的一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

加筋土结构：加筋土是在土体中放入一定数量的水平筋条以加固土体，提高土体的承载能力和稳定性。它不同于其他加固土的一个重要特征就是：土的加固是通过加筋条与土之间的摩擦作用来实现的。加筋土结构包括加筋土挡墙、加筋土桥台、加筋土边坡等。

加筋土挡墙：由回填土、筋材和面板组成的加筋土结构承受侧向土压力的挡墙，如图2所示，为加筋土挡墙示意图。

双级加筋土挡墙：普通加筋土挡墙为单级形式，如图2所示，双级加筋土挡墙为台阶式，分为上下两级，两级挡墙中间有一平台。如图3所示，为双级加筋土挡墙示意图。

潜在破裂面：可能或潜在的导致加筋土结构发生破坏滑动的曲面。

挡土墙：一般由以下几部分组成，1、墙身靠填土(或山体)一侧称为墙背；2、墙身大部分外露的一侧称为墙面(或墙胸)；3、墙身的顶面部分称为墙顶；4、墙的底面部分称为墙底；5、墙背与墙底的交线称为墙踵；6、墙面与墙底的交线称为墙趾；7、墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用α表示；8、墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用H表示。如图4所示，为挡土墙组成部分示意图。

极限平衡理论：研究对象将要失去而尚未失去平衡的状态，即下滑力＝抗滑力，可结合图1理解。极限平衡理论较常用于土质边坡或土石坝的稳定性。

0.3H简化破裂面：0.3H简化破裂面是为了工程应用方便简化而来。公路路基设计规范将破裂面简化成上部通过墙脚(与水平面成

)，上部平行于墙面的两段折线；铁路路基支挡结构设计规范和美国联邦公路局规范(对于非柔性筋材)破裂面为下部通过墙脚与坐标点(0.3H，0.5H)相连，上部平行于墙面的2段折线。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图5为本发明实施例公开的一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法流程图，参见图5所示，双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法可以包括：

步骤501：通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型。

即参照加筋土结构原型，按照相似比原理设计双级加筋土结构模型，后续通过对设计的模型进行相关试验，得到分析数据。

步骤502：在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据。

通过振动台模拟地震作用，得到所述试验模型在地震环境中的试验数据，这些数据将地震作用考虑到潜在破裂面的确定中，能够使得确定潜在破裂面的方法具备更好的适应性，从而能够在工程现场更好的应用。

步骤503：对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置。

依据上步骤获取的试验数据进行分析处理，这里的分析处理可以采用常规算法、模型来处理，也可以采用智能机器学习技术来处理，或者融合常规分析处理与智能机器学习技术来处理，具体的，可以根据处理需求选择合适的分析处理算法和技术，以确保分析得到的数据的准确度更高。

步骤504：基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。

在确定出最大应变点位置后，可以进一步依据所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。实现过程中可以进行相应假设、推导计算，得到潜在破裂面的位置计算公式，该计算公式可以代表潜在破裂面的位置。

本实施例中，所述双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法能够确定双级加筋土结构潜在破裂面的位置，填补了目前关于双级加筋土挡墙破裂面确定研究不足的空白，且过程中将地震作用影响考虑在内，具有更好的适用性。

上述实施例中，所述加筋土结构可以但不限制为包括加筋土挡墙、加筋土桥台或加筋土边坡。已有的双级加筋土结构都包含在本申请的保护范围内。

上述实施例中，所述基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置的具体实现可以包括：基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式；基于所述潜在破裂面计算公式以及已知的双级加筋土结构的参数确定潜在破裂面的位置。

在推导确定出潜在破裂面计算公式后，将实际工程中已知的双级加筋土结构的参数代入上述计算公式，既可以得到潜在破裂面的位置。

具体的，所述基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式，首先可以先求导下级挡墙潜在破裂面位置公式，然后求导上级挡墙潜在破裂面位置公式。

设h1为下级挡墙高度，hu为上级挡墙高度，D为上下两级挡墙之间平台宽度，d为挡墙面板厚度，x为潜在破裂面位置，y为墙高。求导下级挡墙潜在破裂面公式，下级挡墙潜在破裂面起始点为墙趾，因此其函数为y＝kx,由0.3H法确定下级挡墙顶部潜在破裂面的位置为(D+d+0.3h_u，h_I)，由此可求出此未知函数中的k值。

求导上级挡墙潜在破裂面位置公式，上级挡墙潜在破裂面起始点为下级挡墙顶部潜在破裂面位置，即(D+d+0.3h_u，h_I)处，设上级挡墙潜在破裂面位置函数为y＝kx+A，上级挡墙潜在破裂面斜率

此时只剩一未知量A，令

代入已知点(D+d+0.3h_u，h_l)求解方程，即可得到

继而得到

所以得出上级挡墙潜在破裂面公式为

下面将对潜在破裂面的具体推导过程做介绍，图6为本发明实施例公开的试验实测应变值最大点与其他规范及方法比较图，可结合图6理解相关内容。设h1为下级挡墙高度，hu为上级挡墙高度，D为上下两级挡墙之间平台宽度，d为挡墙面板厚度。x为潜在破裂面位置，y为墙高。

(1)当y∈[0，h_l)时，

推导得

因y为自变量，x为因变量，故

其中0系数0.3依据0.3H简化破裂面确定。

(2)当y∈[h_l，h_l+h_u]时，

推导得

同理，因y为自变量，x为因变量，故

其中A为一元一次函数未知量；令

代入点(D+d+0.3h_u，h_l)，得

故推导得出：

上述过程即将实际工程的加筋土挡墙为原型按照相似比原理设计挡墙模型通过振动台试验得出数据并分析处理数据，得出实测应变值最大点，并经过推导得出双级模块式加筋土挡墙潜在破裂面计算公式。

在一个实例中，某边坡滑坍处治工程，道路等级为四级，泥结碎石路面，纵坡为5％；滑塌地段位于盘山道三线的中线，长约40m，高为18m，沿线土质为亚粘土和砂性土，重载交通频繁，30t～50t采矿车交通量为200pcu/d；路面排水不畅，属于易发生滑坡地质灾害路段。

预计采用双级加筋土挡墙处理，上级墙高9.0m，下级墙高9.0m，上级墙条形基础座落在下级墙的填土上，两级墙墙面之间设2.0m宽的平台。挡土墙采用C20混凝土条形基础，基础以下为60cm碎石垫层，墙面板采用C25钢筋混凝土矩形预制板，面板长1.2m、宽0.6m、厚0.13m。每块面板预埋两层拉筋连接环，拉筋采用TGSG40-40型双向拉伸土工格栅，幅宽为3.0m，每延米纵向拉伸屈服力≥40kN/m，横向拉伸屈服力≥40kN/m，横向屈服伸长率≤16％。拉筋分层满铺于填土面上，层间距为0.3m。

依据本申请提出的双级模块式加筋土结构潜在破裂面计算方法计算该工程潜在破裂面位置，并标注在图7中，图7为本发明实施例公开的工程示意图及潜在破裂面位置图。

结合图7所示，y∈[0，9)时，

y∈[9，18]时，

其中

本申请实施例所提供的双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定方法，整个推导过程中考虑了不同平台宽度时加筋土结构潜在破裂面的计算方法，且加入了地震的突发性及高破坏强度特性变量，对于实际工程具有很好的实际应用意义。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图8为本发明实施例公开的一种双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定装置的结构示意图，参见图8所示，双级加筋土结构潜在破裂面的位置确定装置80可以包括：

模型设计模块801，用于通过相似比对双级加筋土结构实际工程进行模型设计，得到试验模型；

抗震试验模块802，用于在振动台上对所述试验模型进行加筋土结构抗震试验并获得试验数据；

应变点确定模块803，用于对所述试验数据进行分析处理，确定所述试验模型的最大应变点位置；

破裂面确定模块804，用于基于所述最大应变点位置推导确定潜在破裂面的位置。

其中，所述加筋土结构可以但不限制为包括加筋土挡墙、加筋土桥台和或筋土边坡。

所述破裂面确定模块可以包括：公式确定模块，用于基于所述最大应变点位置推导潜在破裂面计算公式；位置确定模块，用于基于所述潜在破裂面计算公式确定潜在破裂面的位置。

所述公式确定模块可以包括：第一确定模块，用于求导下级挡墙潜在破裂面位置公式；第二确定模块，用于求导上级挡墙潜在破裂面位置公式。

上述各模块的具体实现可参照方法实施例中相应内容的介绍，在此不再重复赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。