seismic performance of various geocell earth-retention systerm
DOV Leshchinsky
（各種形式的土工格室擋墻的抗地震性能）
邊坡穩(wěn)定性：
編者注: 篇專(zhuān)題文章， 在土工合成材料雜志重點(diǎn)項(xiàng)目和在多種應(yīng)用中如何使用
土工合成材料。很少是只側(cè)重于特定的產(chǎn)品、公司或個(gè)人。Leshchinsky 教
授， 我注意到， 這篇文章— — 特別是引言和結(jié)論— — 背離這項(xiàng)政策， 以提
供一個(gè)指導(dǎo)原則，一個(gè)例子，如何可以有效地做土工合成材料工業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
我們希望這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以進(jìn)一步推進(jìn)土工合成材料行業(yè)進(jìn)入21 世紀(jì)有很大
的成功。— — 經(jīng)常預(yù)算。
介紹：
創(chuàng)新有總是需要的思考的框。開(kāi)發(fā)各類(lèi)面向應(yīng)用土工合成材料產(chǎn)品演示這
一假說(shuō)。例如，考慮土工膜、土工格柵、土工布，并認(rèn)為的垃圾填埋場(chǎng)、MSE
墻壁和篩選器。雖然巖土結(jié)構(gòu)變得更具成本效益， 并且有更好的性能， 研究人
員可獲加分產(chǎn)生積極的影響的行業(yè)。
建立的球員在土工格室的舞臺(tái)上， PRS-地中海， 設(shè)想其標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品， 使新
的、關(guān)鍵的應(yīng)用程序修改。這個(gè)想法是開(kāi)發(fā)一種新型的聚合物合金相結(jié)合的聚
乙烯和聚酯， 從而使有效用作土工格室加固的地球保留所需的屬性， 加載在路
面和鐵路， 和更多的支持。同時(shí)探索生產(chǎn)這種合金(稱(chēng)為Neoloy ®)， PRS 委
托研究開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的方法。此類(lèi)研究還應(yīng)意味著新產(chǎn)品所需的性能。
這篇文章概述了的研究探索使用土工格室作為地球保留結(jié)構(gòu)了。土工格室
在測(cè)試中使用了標(biāo)準(zhǔn)、常用HDPE 和， 這樣， 是不合適的長(zhǎng)期的加固應(yīng)用;也
就是說(shuō)， 它不是不夠硬。然而， 它是足夠的短期表現(xiàn)， 因此這意味著一種聚合
物， 用于除了生產(chǎn)設(shè)計(jì)， 特別是在嚴(yán)重的地震荷載作用下的基礎(chǔ)所需長(zhǎng)期屬性
調(diào)查。
研究小組成員包括博士， 哥倫比亞大學(xué)教授鋤頭嶺。Mohri 的國(guó)家農(nóng)村工程研
究所在日本筑波市和作者。詳細(xì)的結(jié)果報(bào)告了Leshchinsky， et al 。(2009 年)
和嶺， et al 。(2009 年) 。
理想情況下， 任何結(jié)構(gòu)在地震作用下的設(shè)計(jì)應(yīng)該基于可容忍的恢復(fù)和(或)
永久位移。這種方法很難實(shí)現(xiàn)為可接受的標(biāo)準(zhǔn)缺乏等理由容許位移、高度隨機(jī)
未來(lái)地震記錄、不準(zhǔn)確鑒定原位土本構(gòu)行為， 及在預(yù)測(cè)位移矩陣土壤-土工合
成材料在數(shù)值上的困難。國(guó)家---藝術(shù)地震邊坡穩(wěn)定性分析中是尚未充分發(fā)展來(lái)
完全替換當(dāng)前的設(shè)計(jì)實(shí)踐。
斜坡的設(shè)計(jì)通�；跇O限平衡(LE) 穩(wěn)定性分析。低周反復(fù)加載的邊坡穩(wěn)定
性分析假定等效的地震影響系數(shù)， 通常在水平方向上， 這會(huì)導(dǎo)致額外受力構(gòu)件
的極限平衡方程， 都與重力成正比。指定地震影響系數(shù)， 如地面峰值加速度
(PGA) 很可能過(guò)于保守， 因?yàn)樗J(rèn)為地震的最大力量永久的而不是一時(shí)。
本研究的目的是要量化合理減少因子(RF) 對(duì)土工格室保留結(jié)構(gòu)PGA 。然后可
以與既定的樂(lè)分析來(lái)進(jìn)行地震和靜態(tài)設(shè)計(jì)集成降低的因素。
搖表測(cè)試程序
此搖表位于在日本國(guó)家農(nóng)業(yè)工程研究所， 筑波市， 它可以激發(fā)毛最大有效
載荷的500kN 垂直和/或橫向加速度的1 g;最大加速度為輕載荷可以大于1
g 。金屬檢測(cè)框， 其中包含土工格室保留系統(tǒng)是2 米寬， 6 米長(zhǎng)、3 米高。
盡量減少反射波從側(cè)面和背面的金屬盒、發(fā)泡的聚苯乙烯(EPS) 板、5 厘米
厚， 被放到墻上測(cè)試框。為了減少摩擦與側(cè)壁， 對(duì)EPS 放抹了油的塑料薄膜。
在所有測(cè)試中， 1995 年神戶(hù)地震放大的時(shí)間記錄被應(yīng)用于搖表。用的神戶(hù)記
錄了0.59 g 的水平PGA 和0.34 g 垂直P(pán)GA 。峰值水平和垂直加速度沒(méi)有
同時(shí)發(fā)生。表1 顯示了在四個(gè)不同測(cè)試中的應(yīng)用的峰值加速度。
Table 1 | Figure courtesy of the author.（由作者提供圖）
有兩個(gè)或三個(gè)加載階段。
在第一次加載階段， 神戶(hù)記錄是減毒在試圖驗(yàn)證是否過(guò)度運(yùn)動(dòng)發(fā)生。采用了一
個(gè)小時(shí)后第二個(gè)加載階段， 放大神戶(hù)記錄。在測(cè)試3 和4， 第三激發(fā)被應(yīng)用，
這時(shí)間達(dá)到搖表的能力。第三階段幾乎翻了一番神戶(hù)記錄加速度。第二階段的
目標(biāo)是發(fā)展活躍的楔形;它被希望， 第三階段會(huì)帶來(lái)崩潰。
在測(cè)試中1-3， 保留系統(tǒng)是2.8 m 高;它在測(cè)試4 2.7 米。在0.2 m 厚地
基土建造了保留的所有系統(tǒng)。土工格室， 類(lèi)似于蜂窩結(jié)構(gòu)， 是0.2 m 高與內(nèi)部
孔徑的約0.21 米乘0.21 米。系統(tǒng)的平均臉傾向是2(v):1(h) 。頂尖土工格室
層是2.52 米長(zhǎng)， 遠(yuǎn)長(zhǎng)于下面的所有圖層。此層是與擠密碎石填充。它假定了
土工格室那長(zhǎng)頂部圖層將抑制裂紋或甚至滑表面形成立即下面這一層。事實(shí)上，
試驗(yàn)表明， 雖然許多小而淺表張力裂縫發(fā)起在波峰處， 但沒(méi)有觀(guān)察立即下面的
龍頂土工格室層中的任何測(cè)試， 從而支持基于的最初設(shè)想。
Figure 1 (a–d) 顯示中每四個(gè)測(cè)試土工格室布局：
Figure 1a | Test 1: 重力式擋墻與礫石填充土工格室， 由作者提供圖.
Figure 1b | Test 2: 重力式擋墻砂填充土工格室， 圖由作者提供。
Figure 1c | Test 3: 土工格室加固用沙子填充。圖由作者提供。
Figure 1d | Test 4: 5 厘米高的土工格室加固用沙子填充。圖由作者提供。
測(cè)試1 2 代表靈活重力墻和測(cè)試3-4 利用土工格室加固以及面對(duì)。從經(jīng)
濟(jì)學(xué)角度測(cè)試3 和4 的系統(tǒng)都差不多。在測(cè)試4 中土工格室的布局與類(lèi)似，
同時(shí)還充當(dāng)三維元素的傳統(tǒng)土工格柵加固。一般來(lái)說(shuō)， 測(cè)試中使用的聚乙烯土
工格室不能用作加固可觀(guān)結(jié)構(gòu)以來(lái)長(zhǎng)期拉伸強(qiáng)度較低。作為測(cè)試， 只有足夠的
短期屬性需要抵御地震荷載。然而， 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)應(yīng)表明所需的產(chǎn)品的改進(jìn)中發(fā)展
Neoweb ®， 由Neoloy ®， 以及產(chǎn)生一種簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方法。
回填土背后面臨的和0.2 米厚的基礎(chǔ)是統(tǒng)一的細(xì)沙(中值粒徑= 0.27 毫
米;0.35%通過(guò)篩#200;均勻系數(shù)= 2) �；靥钔帘粔褐�90%的標(biāo)準(zhǔn)寶潔在水分
含量16%收益率13.5 kN/m3 干容重或潮濕單位重量的15.6 kN/m3 。通過(guò)手
持設(shè)備的振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行了壓實(shí)。排水三軸試驗(yàn)產(chǎn)生的峰值強(qiáng)度= 38 度。單
位重量的擠密碎石是19.9 kN/m3 。
薄白煤層的沙子被置于每個(gè)約0.4 米內(nèi)回填材料。在每個(gè)測(cè)試完成后， 回
填仔細(xì)挖掘觀(guān)察這些接縫脫位， 所以發(fā)現(xiàn)痕跡的滑動(dòng)面。此外， 每個(gè)測(cè)試是全
面檢測(cè)包括壓力傳感器、激光位移計(jì)、加速度計(jì)和應(yīng)變計(jì)(嶺et al， 2009
年) 。
結(jié)果和解釋
加速度計(jì)嵌入內(nèi)回填土和面對(duì)， 幾個(gè)海拔指示的基地加速度放大倍數(shù)是微
乎其微。當(dāng)他們發(fā)生顫抖， 耗和充當(dāng)減震器扭曲變形， 這可能無(wú)法與靈活的保
留系統(tǒng)令人驚訝。
表2 顯示了在每個(gè)測(cè)試的實(shí)測(cè)最大位移。
表2 |圖由作者提供。
注意： 位移并不均勻， 因此， 最高期限表示相當(dāng)狹窄的地帶， 它出現(xiàn)的位置。
注意測(cè)試1 和2， 最大值應(yīng)用加速度也顯著低于測(cè)試3 和4 (見(jiàn)表1) �？傮w
而言， 考慮應(yīng)用地震激勵(lì)的嚴(yán)重性， 記錄的值并不意味著災(zāi)難性故障(例如為
典型的震后外觀(guān)見(jiàn)圖2) 。
圖2 |測(cè)試2: 震后(Kobers PGA 159%) 正面視圖見(jiàn)圖3a 相同墻出土的部
分。照片由作者提供。
一般來(lái)說(shuō)， 位移反映出動(dòng)土的抗剪強(qiáng)度是一個(gè)發(fā)達(dá)活躍楔子。足夠的強(qiáng)度
和剛度的土工格室將啟用可接受結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能與更小的位移。
測(cè)試后折返的保留系統(tǒng)雖然測(cè)量脫位的白砂接縫幫助建立積極的楔面位置(例
如見(jiàn)圖3， a — — c 項(xiàng)) 。
圖3a |試驗(yàn)2 (應(yīng)用的激勵(lì)是159%的Kobers) 。后搖掘的部分通過(guò)回填
和土工格室。位錯(cuò)的接縫指示的位置下滑動(dòng)面發(fā)育， 土體強(qiáng)度充分調(diào)動(dòng)起來(lái)。
照片由作者提供
圖3b |測(cè)試3 (應(yīng)用的激勵(lì)是205%的Kobers) 后搖掘的部分通過(guò)回填和土工
格室。位錯(cuò)的接縫指示的位置下滑動(dòng)面發(fā)育， 土體強(qiáng)度充分調(diào)動(dòng)起來(lái)。照片由
作者提供。
圖3 c |測(cè)試4 (應(yīng)用的激發(fā)了205%的科比都有;注意通過(guò)5 厘米節(jié)。
土體強(qiáng)度在哪里完全這使完整極限平衡(LE) 穩(wěn)定性分析動(dòng)員呈現(xiàn)活躍的楔，
意味著對(duì)土壤強(qiáng)度， 財(cái)政司司長(zhǎng)， 等于統(tǒng)一安全的因素。
來(lái)尋找設(shè)計(jì)等效的地震影響系數(shù)， 它是方便的定義地震的折減系數(shù)， RFs = /
PGA， 哪里是等效靜地震影響系數(shù)。對(duì)于每個(gè)測(cè)試的RFs 決心使用造成積極
的楔， 沒(méi)有呈現(xiàn)過(guò)大位移發(fā)展記錄的PGA 和足夠的樂(lè)分析相結(jié)合。
樂(lè)分析的擬靜力加速調(diào)整呈現(xiàn)Fs 的統(tǒng)一;即以反映積極的楔形的存在。預(yù)測(cè)和
觀(guān)測(cè)到的活動(dòng)楔塊的位置都比較， 用來(lái)評(píng)估分析的預(yù)測(cè)價(jià)值。它指出在樂(lè)設(shè)計(jì)
中， 一個(gè)會(huì)輸入a(=RFs PGA) 來(lái)獲得足夠的抗震穩(wěn)定性安全系數(shù)， 財(cái)政司司
長(zhǎng)， 在低周反復(fù)加載條件下的在哪里通常約1.1 。事實(shí)上， 如果一個(gè)不得不設(shè)
計(jì)測(cè)試的保留系統(tǒng)， 使用射頻和Fs > 1.1 會(huì)產(chǎn)生較小位移比那些報(bào)告表2 中。
LE 穩(wěn)定性分析進(jìn)行使用程序ReSSA (www 。geoprograms 。com 也見(jiàn)
Leshchinsky 和漢族， 2004 年) 。(主教) 旋轉(zhuǎn)和平移(斯賓塞) 分析進(jìn)行測(cè)定
RFs 。(貝克和Leshchinsky， 2001 年) 的安全地圖功能促進(jìn)了進(jìn)程。(例如，
見(jiàn)圖4) 。
圖4 |測(cè)試2: 安全地圖呈現(xiàn)由斯賓塞法的ReSSA 程序(3.0) 和低周反復(fù)加載
分析。圖由作者提供。
雖然觀(guān)察到的滑動(dòng)面出現(xiàn)第二個(gè)和第三個(gè)土工格室飾面層、數(shù)值預(yù)測(cè)的表
面之間(在/ PGA = 0.35) 出現(xiàn)沿土工格室和地基土之間的接口。然而， 實(shí)際
上這是相差不大， 作為安全因素在較低的土工格室層出現(xiàn)任何預(yù)測(cè)的滑動(dòng)面安
全地圖表明是在約1-2%以?xún)?nèi)。這種觀(guān)察提供信心的預(yù)測(cè)， 尤其是在比較數(shù)字
3a 和4;即滑的觀(guān)測(cè)和預(yù)測(cè)痕跡的表面， 分別。圖5a 和5b 顯示預(yù)測(cè)積極楔
及其各自的RFs 值;他們可以相比分別顯示在數(shù)字3b 和3c， 觀(guān)察到楔子。
圖5a |測(cè)試3: 預(yù)測(cè)積極楔使用主教分析。圖由作者提供。
圖5b |測(cè)試4: 預(yù)測(cè)積極楔使用主教分析。圖由作者提供。
數(shù)字3 c 和5b 中肯: 可以看出， 與常見(jiàn)的傳說(shuō)， 這些數(shù)字說(shuō)明了滑動(dòng)面可以
通過(guò)加強(qiáng)發(fā)展。加固時(shí)太軟或太弱， 可以會(huì)發(fā)生這種"內(nèi)部"的全球不穩(wěn)定。顯
然， 盡管用高密度聚乙烯土工格室是足以測(cè)試面向設(shè)計(jì)的分析， 但缺乏長(zhǎng)期強(qiáng)
度作為加固。不過(guò)， 它使一個(gè)土工格室在建立所需的屬性， 因此它可以作為土
壤加固。
表3 總結(jié)了測(cè)試程序時(shí)使用樂(lè)準(zhǔn)所隱含的折減系數(shù)。
表3 |圖由作者提供。
可以看出， 土工格室重力系統(tǒng)， RFs 的0.4 左右就足夠了。對(duì)于土工格室加
筋土系統(tǒng)RFs 0.3 就足夠了。
結(jié)論
當(dāng)前實(shí)踐加筋或無(wú)筋的斜坡和墻的設(shè)計(jì)是確定當(dāng)?shù)氐腜GA 和使用它的擬靜
力分析中的一小部分。這個(gè)分?jǐn)?shù)是折減系數(shù)的擬靜力分析。
神戶(hù)地震作為勵(lì)磁的參考用于標(biāo)識(shí)此系數(shù)。它是可能的如果使用了另一種激勵(lì)，
折減系數(shù)會(huì)有所不同。然而， 神戶(hù)地震年重大損害斜坡和墻上， 因此排位賽它
作為校準(zhǔn)此折減系數(shù)和相關(guān)聯(lián)的地震影響系數(shù)的參考。
測(cè)試結(jié)果被相比擬靜力極限平衡分析。預(yù)測(cè)性故障機(jī)制是類(lèi)似于測(cè)試土工格室
保留系統(tǒng)中觀(guān)察到。生產(chǎn)故障分析中的所需的地震系數(shù)要小得多比實(shí)際峰值檢
測(cè)所得。土工格室重力式擋墻， 抗震的折減系數(shù)， RFs， 呈現(xiàn)故障所需為0.4
左右。對(duì)土工格室保留系統(tǒng)RFs 是0.3 。
對(duì)于加筋陡坡FHWA (2001) 指南允許RFs 0.5 。因此， 與這項(xiàng)工作相比，
FHWA 建議是略嫌保守。IITK (2005) 建議無(wú)筋邊坡的地面峰值加速度是三分
之一的驚人地接近實(shí)測(cè)結(jié)果。
1 和2 的測(cè)試結(jié)果表明， 重力墻砌成的土工格室可以在地震荷載作用下
執(zhí)行。系統(tǒng)可能會(huì)成為經(jīng)濟(jì)的這種重力墻高達(dá)3-4 米。3 和4 的試驗(yàn)表明，
加筋的系統(tǒng)， 完全由土工格室和土壤， 可以有效和有可能經(jīng)濟(jì)。
當(dāng)考慮利用高密度聚乙烯土工格室時(shí)， 本報(bào)告所述的測(cè)試很有關(guān)的短期表
現(xiàn)。然而， 如果沒(méi)有改善， HDPE 土工膜是不適合于長(zhǎng)期應(yīng)用。有關(guān)的添加劑，
浸出的耐久性問(wèn)題氧化，， 到紫外線(xiàn)暴露的面臨應(yīng)予以處理。大熱收縮和擴(kuò)張
的外層細(xì)胞結(jié)合土工格室材料高內(nèi)在導(dǎo)熱系數(shù)的日變化和季節(jié)的氣溫變化可能
導(dǎo)致漸進(jìn)破壞發(fā)起在外細(xì)胞。應(yīng)力開(kāi)裂的暴露面臨可能發(fā)生在較低溫度。低剛
度和強(qiáng)度可能會(huì)導(dǎo)致重大的蠕變具有長(zhǎng)期尺寸穩(wěn)定性差。
考慮到這項(xiàng)研究的目標(biāo)， PRS 地中海收到開(kāi)發(fā)新型的聚合物合金， Neoloy
® 指南， 從而提高其N(xiāo)eoweb ® 系統(tǒng)， 便利其使用在保留制度中。它還獲得
了使利用Neoweb ® 在要求苛刻的應(yīng)用考慮長(zhǎng)期性能的設(shè)計(jì)工具。
Dov Leshchinsky， 博士是美國(guó)特拉華大學(xué)土木與環(huán)境工程教授， 是
regularcontributor 土工合成材料的雜志。他的最后一篇文章， "滲透水案"出現(xiàn)
在4 月/可能2008 年問(wèn)題。
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