seismic performance of various geocell earth-retention systerm
DOV Leshchinsky
（各种形式的土工格室挡墙的抗地震性能）
边坡稳定性：
编者注: 篇专题文章， 在土工合成材料杂志重点项目和在多种应用中如何使用
土工合成材料。很少是只侧重于特定的产品、公司或个人。Leshchinsky 教
授， 我注意到， 这篇文章— — 特别是引言和结论— — 背离这项政策， 以提
供一个指导原则，一个例子，如何可以有效地做土工合成材料工业的产品开发。
我们希望这些经验教训可以进一步推进土工合成材料行业进入21 世纪有很大
的成功。— — 经常预算。
介绍：
创新有总是需要的思考的框。开发各类面向应用土工合成材料产品演示这
一假说。例如，考虑土工膜、土工格栅、土工布，并认为的垃圾填埋场、MSE
墙壁和筛选器。虽然岩土结构变得更具成本效益， 并且有更好的性能， 研究人
员可获加分产生积极的影响的行业。
建立的球员在土工格室的舞台上， PRS-地中海， 设想其标准的产品， 使新
的、关键的应用程序修改。这个想法是开发一种新型的聚合物合金相结合的聚
乙烯和聚酯， 从而使有效用作土工格室加固的地球保留所需的属性， 加载在路
面和铁路， 和更多的支持。同时探索生产这种合金(称为Neoloy ®)， PRS 委
托研究开发设计的方法。此类研究还应意味着新产品所需的性能。
这篇文章概述了的研究探索使用土工格室作为地球保留结构了。土工格室
在测试中使用了标准、常用HDPE 和， 这样， 是不合适的长期的加固应用;也
就是说， 它不是不够硬。然而， 它是足够的短期表现， 因此这意味着一种聚合
物， 用于除了生产设计， 特别是在严重的地震荷载作用下的基础所需长期属性
调查。
研究小组成员包括博士， 哥伦比亚大学教授锄头岭。Mohri 的国家农村工程研
究所在日本筑波市和作者。详细的结果报告了Leshchinsky， et al 。(2009 年)
和岭， et al 。(2009 年) 。
理想情况下， 任何结构在地震作用下的设计应该基于可容忍的恢复和(或)
永久位移。这种方法很难实现为可接受的标准缺乏等理由容许位移、高度随机
未来地震记录、不准确鉴定原位土本构行为， 及在预测位移矩阵土壤-土工合
成材料在数值上的困难。国家---艺术地震边坡稳定性分析中是尚未充分发展来
完全替换当前的设计实践。
斜坡的设计通常基于极限平衡(LE) 稳定性分析。低周反复加载的边坡稳定
性分析假定等效的地震影响系数， 通常在水平方向上， 这会导致额外受力构件
的极限平衡方程， 都与重力成正比。指定地震影响系数， 如地面峰值加速度
(PGA) 很可能过于保守， 因为它认为地震的最大力量永久的而不是一时。
本研究的目的是要量化合理减少因子(RF) 对土工格室保留结构PGA 。然后可
以与既定的乐分析来进行地震和静态设计集成降低的因素。
摇表测试程序
此摇表位于在日本国家农业工程研究所， 筑波市， 它可以激发毛最大有效
载荷的500kN 垂直和/或横向加速度的1 g;最大加速度为轻载荷可以大于1
g 。金属检测框， 其中包含土工格室保留系统是2 米宽， 6 米长、3 米高。
尽量减少反射波从侧面和背面的金属盒、发泡的聚苯乙烯(EPS) 板、5 厘米
厚， 被放到墙上测试框。为了减少摩擦与侧壁， 对EPS 放抹了油的塑料薄膜。
在所有测试中， 1995 年神户地震放大的时间记录被应用于摇表。用的神户记
录了0.59 g 的水平PGA 和0.34 g 垂直PGA 。峰值水平和垂直加速度没有
同时发生。表1 显示了在四个不同测试中的应用的峰值加速度。
Table 1 | Figure courtesy of the author.（由作者提供图）
有两个或三个加载阶段。
在第一次加载阶段， 神户记录是减毒在试图验证是否过度运动发生。采用了一
个小时后第二个加载阶段， 放大神户记录。在测试3 和4， 第三激发被应用，
这时间达到摇表的能力。第三阶段几乎翻了一番神户记录加速度。第二阶段的
目标是发展活跃的楔形;它被希望， 第三阶段会带来崩溃。
在测试中1-3， 保留系统是2.8 m 高;它在测试4 2.7 米。在0.2 m 厚地
基土建造了保留的所有系统。土工格室， 类似于蜂窝结构， 是0.2 m 高与内部
孔径的约0.21 米乘0.21 米。系统的平均脸倾向是2(v):1(h) 。顶尖土工格室
层是2.52 米长， 远长于下面的所有图层。此层是与挤密碎石填充。它假定了
土工格室那长顶部图层将抑制裂纹或甚至滑表面形成立即下面这一层。事实上，
试验表明， 虽然许多小而浅表张力裂缝发起在波峰处， 但没有观察立即下面的
龙顶土工格室层中的任何测试， 从而支持基于的最初设想。
Figure 1 (a–d) 显示中每四个测试土工格室布局：
Figure 1a | Test 1: 重力式挡墙与砾石填充土工格室， 由作者提供图.
Figure 1b | Test 2: 重力式挡墙砂填充土工格室， 图由作者提供。
Figure 1c | Test 3: 土工格室加固用沙子填充。图由作者提供。
Figure 1d | Test 4: 5 厘米高的土工格室加固用沙子填充。图由作者提供。
测试1 2 代表灵活重力墙和测试3-4 利用土工格室加固以及面对。从经
济学角度测试3 和4 的系统都差不多。在测试4 中土工格室的布局与类似，
同时还充当三维元素的传统土工格栅加固。一般来说， 测试中使用的聚乙烯土
工格室不能用作加固可观结构以来长期拉伸强度较低。作为测试， 只有足够的
短期属性需要抵御地震荷载。然而， 经验教训应表明所需的产品的改进中发展
Neoweb ®， 由Neoloy ®， 以及产生一种简单设计方法。
回填土背后面临的和0.2 米厚的基础是统一的细沙(中值粒径= 0.27 毫
米;0.35%通过筛#200;均匀系数= 2) 。回填土被压至90%的标准宝洁在水分
含量16%收益率13.5 kN/m3 干容重或潮湿单位重量的15.6 kN/m3 。通过手
持设备的振动压路机进行了压实。排水三轴试验产生的峰值强度= 38 度。单
位重量的挤密碎石是19.9 kN/m3 。
薄白煤层的沙子被置于每个约0.4 米内回填材料。在每个测试完成后， 回
填仔细挖掘观察这些接缝脱位， 所以发现痕迹的滑动面。此外， 每个测试是全
面检测包括压力传感器、激光位移计、加速度计和应变计(岭et al， 2009
年) 。
结果和解释
加速度计嵌入内回填土和面对， 几个海拔指示的基地加速度放大倍数是微
乎其微。当他们发生颤抖， 耗和充当减震器扭曲变形， 这可能无法与灵活的保
留系统令人惊讶。
表2 显示了在每个测试的实测最大位移。
表2 |图由作者提供。
注意： 位移并不均匀， 因此， 最高期限表示相当狭窄的地带， 它出现的位置。
注意测试1 和2， 最大值应用加速度也显著低于测试3 和4 (见表1) 。总体
而言， 考虑应用地震激励的严重性， 记录的值并不意味着灾难性故障(例如为
典型的震后外观见图2) 。
图2 |测试2: 震后(Kobers PGA 159%) 正面视图见图3a 相同墙出土的部
分。照片由作者提供。
一般来说， 位移反映出动土的抗剪强度是一个发达活跃楔子。足够的强度
和刚度的土工格室将启用可接受结构的长期性能与更小的位移。
测试后折返的保留系统虽然测量脱位的白砂接缝帮助建立积极的楔面位置(例
如见图3， a — — c 项) 。
图3a |试验2 (应用的激励是159%的Kobers) 。后摇掘的部分通过回填
和土工格室。位错的接缝指示的位置下滑动面发育， 土体强度充分调动起来。
照片由作者提供
图3b |测试3 (应用的激励是205%的Kobers) 后摇掘的部分通过回填和土工
格室。位错的接缝指示的位置下滑动面发育， 土体强度充分调动起来。照片由
作者提供。
图3 c |测试4 (应用的激发了205%的科比都有;注意通过5 厘米节。
土体强度在哪里完全这使完整极限平衡(LE) 稳定性分析动员呈现活跃的楔，
意味着对土壤强度， 财政司司长， 等于统一安全的因素。
来寻找设计等效的地震影响系数， 它是方便的定义地震的折减系数， RFs = /
PGA， 哪里是等效静地震影响系数。对于每个测试的RFs 决心使用造成积极
的楔， 没有呈现过大位移发展记录的PGA 和足够的乐分析相结合。
乐分析的拟静力加速调整呈现Fs 的统一;即以反映积极的楔形的存在。预测和
观测到的活动楔块的位置都比较， 用来评估分析的预测价值。它指出在乐设计
中， 一个会输入a(=RFs PGA) 来获得足够的抗震稳定性安全系数， 财政司司
长， 在低周反复加载条件下的在哪里通常约1.1 。事实上， 如果一个不得不设
计测试的保留系统， 使用射频和Fs > 1.1 会产生较小位移比那些报告表2 中。
LE 稳定性分析进行使用程序ReSSA (www 。geoprograms 。com 也见
Leshchinsky 和汉族， 2004 年) 。(主教) 旋转和平移(斯宾塞) 分析进行测定
RFs 。(贝克和Leshchinsky， 2001 年) 的安全地图功能促进了进程。(例如，
见图4) 。
图4 |测试2: 安全地图呈现由斯宾塞法的ReSSA 程序(3.0) 和低周反复加载
分析。图由作者提供。
虽然观察到的滑动面出现第二个和第三个土工格室饰面层、数值预测的表
面之间(在/ PGA = 0.35) 出现沿土工格室和地基土之间的接口。然而， 实际
上这是相差不大， 作为安全因素在较低的土工格室层出现任何预测的滑动面安
全地图表明是在约1-2%以内。这种观察提供信心的预测， 尤其是在比较数字
3a 和4;即滑的观测和预测痕迹的表面， 分别。图5a 和5b 显示预测积极楔
及其各自的RFs 值;他们可以相比分别显示在数字3b 和3c， 观察到楔子。
图5a |测试3: 预测积极楔使用主教分析。图由作者提供。
图5b |测试4: 预测积极楔使用主教分析。图由作者提供。
数字3 c 和5b 中肯: 可以看出， 与常见的传说， 这些数字说明了滑动面可以
通过加强发展。加固时太软或太弱， 可以会发生这种"内部"的全球不稳定。显
然， 尽管用高密度聚乙烯土工格室是足以测试面向设计的分析， 但缺乏长期强
度作为加固。不过， 它使一个土工格室在建立所需的属性， 因此它可以作为土
壤加固。
表3 总结了测试程序时使用乐准所隐含的折减系数。
表3 |图由作者提供。
可以看出， 土工格室重力系统， RFs 的0.4 左右就足够了。对于土工格室加
筋土系统RFs 0.3 就足够了。
结论
当前实践加筋或无筋的斜坡和墙的设计是确定当地的PGA 和使用它的拟静
力分析中的一小部分。这个分数是折减系数的拟静力分析。
神户地震作为励磁的参考用于标识此系数。它是可能的如果使用了另一种激励，
折减系数会有所不同。然而， 神户地震年重大损害斜坡和墙上， 因此排位赛它
作为校准此折减系数和相关联的地震影响系数的参考。
测试结果被相比拟静力极限平衡分析。预测性故障机制是类似于测试土工格室
保留系统中观察到。生产故障分析中的所需的地震系数要小得多比实际峰值检
测所得。土工格室重力式挡墙， 抗震的折减系数， RFs， 呈现故障所需为0.4
左右。对土工格室保留系统RFs 是0.3 。
对于加筋陡坡FHWA (2001) 指南允许RFs 0.5 。因此， 与这项工作相比，
FHWA 建议是略嫌保守。IITK (2005) 建议无筋边坡的地面峰值加速度是三分
之一的惊人地接近实测结果。
1 和2 的测试结果表明， 重力墙砌成的土工格室可以在地震荷载作用下
执行。系统可能会成为经济的这种重力墙高达3-4 米。3 和4 的试验表明，
加筋的系统， 完全由土工格室和土壤， 可以有效和有可能经济。
当考虑利用高密度聚乙烯土工格室时， 本报告所述的测试很有关的短期表
现。然而， 如果没有改善， HDPE 土工膜是不适合于长期应用。有关的添加剂，
浸出的耐久性问题氧化，， 到紫外线暴露的面临应予以处理。大热收缩和扩张
的外层细胞结合土工格室材料高内在导热系数的日变化和季节的气温变化可能
导致渐进破坏发起在外细胞。应力开裂的暴露面临可能发生在较低温度。低刚
度和强度可能会导致重大的蠕变具有长期尺寸稳定性差。
考虑到这项研究的目标， PRS 地中海收到开发新型的聚合物合金， Neoloy
® 指南， 从而提高其Neoweb ® 系统， 便利其使用在保留制度中。它还获得
了使利用Neoweb ® 在要求苛刻的应用考虑长期性能的设计工具。
Dov Leshchinsky， 博士是美国特拉华大学土木与环境工程教授， 是
regularcontributor 土工合成材料的杂志。他的最后一篇文章， "渗透水案"出现
在4 月/可能2008 年问题。
参考资料
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IITK， 2005 年。土石坝抗震设计和堤防、罗伊、新德里地铁公司、耆那教法制备IITK
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