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原文传递悬臂式挡土墙力学特性及结构优化研究

论文题名：	悬臂式挡土墙力学特性及结构优化研究
关键词：	高速铁路;悬臂式挡土墙;力学特性;结构优化
摘要：	悬臂式挡土墙是一种轻型的支挡结构，由于其具有施工便捷、经济效益明显、结构美观等优点而广泛应用于铁路、公路、水利等工程领域。我国TB10025-2006《铁路路基支挡结构设计规范》中规定:悬臂式挡土墙墙高一般不宜超过6m，因此悬臂式挡土墙对墙高的限制使得其难以适应高速铁路路基发展的要求。相较于其他类型挡土墙，悬臂式挡土墙具有施工方便等优势，为提高悬臂式挡土墙在高速铁路高路堤情况下的应用前景，探究悬臂式挡土墙与墙后填土的相互作用变形机理，进而创新一种适应较高路堤工况的悬臂式挡土墙结构形式是很有必要的。　　本文在ABAQUS数值分析计算的基础上，结合现场实测结果，分析了悬臂式挡土墙的力学特性，从墙后填土中植入筋带和在挡土墙墙背加设缓冲层两方面开展了对悬臂式挡土墙结构的优化研究工作，进而提出一种新型的悬臂式挡土墙。主要内容和工作如下: 　　(1)将原型工点的悬臂式挡土墙作简化处理，建立了悬臂式挡土墙二维计算模型，考虑挡墙与土体之间的相互力学作用特性，依次分析墙后填土材料属性，即填土模量、内摩擦角和黏聚力，对土压力分布规律、大小以及挡墙位移的影响，并与经典土压力理论进行比较。结果表明:悬臂式挡土墙的土压力与经典土压力分布规律基本一致，自墙顶往下依次增大，呈三角形分布，最大土压力强度位于立臂与底板相交处;在目前填料条件下，填土中无塑性区域出现，结构整体处于弹性状态，土压力稳定，不会随填土强度的增加而减小，提高墙后填土的强度对土压力的减小作用不大。　　(2)在悬臂式挡土墙的墙后填土中植入筋带，考察填土加筋的优化效果，依次讨论了筋带材料类型、间距及长度参数的响应。其中，筋带材料选取镀锌钢带、钢筋混凝土带、刚塑复合拉筋带，间距为0.3m、0.6m、0.9m，筋带长度选用1倍踵板长度(5.5m)、1.5倍踵板长度(8.25m)、2倍踵板长度(11m)。需要指出的是，采用填土加筋优化的方法时，悬臂式挡土墙结构不利于位移释放，筋带未充分发挥其抗拉作用，对减小土压力的贡献不明显。　　(3)在填土加筋的同时，挡土墙与填土之间设置缓冲层，通过缓冲层的压缩，减小挡墙对墙后土体的约束作用，从而让挡墙中的筋带有效地发挥作用。分别探讨了缓冲层厚度、缓冲层模量与土压力分布、大小以及挡墙位移之间的关系。结果发现，在结构中不出现屈服区的前提下，增大挡墙位移，土压力合力、最大土压力均减小;随着缓冲层厚度的增加，缓冲层模量对土压力的影响更显著。　　(4)在上述研究的基础上，提出了一种新型的挡土墙结构形式，在挡土墙和填土之间加设缓冲层，并针对该新型结构的设计技术做了探讨。选取缓冲层厚度为0.5m，模量1.7MPa工况的土压力为设计荷载，对挡土墙结构设计，结果表明:挡墙面板厚度可从原来的1.7m减小到1m，厚度减小约41％，有效地减小了圬工数量，降低了工程造价。该新型结构提高了悬臂式挡土墙的应用前景，对工程设计有一定的参考价值。
作者：	王娅娜
专业：	道路与铁道工程
导师：	张良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文