基于土体稳定性的“包山式”南京城墙破坏机理研究

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南京城墙按其结构形式分为包山式和自承重式两种,包山式城墙由于受到内部山体的影响较自承重式城墙更易发生破坏,目前国内外很少从城墙结构形式上对城墙的破坏机理深入开展研究,本文以历史曾发生滑坡的狮子山包山式城墙为对象,采用了工程中评价土坡稳定最常用两种方法即极限平衡法和强度折减有限元法分别对狮子山段城墙进行了分析,并与现场长期观测数据进行了对比。  首先,由土质边坡极限平衡理论并结合狮子山段城墙勘察资料,不考虑外墙与土坡的互锚咬合作用,确定典型破坏面并采用Geo-slope由几种典型方法得出其最小安全系数及相应的破坏面,分析了雨水浸润、土体强度折减以及施加锚杆对稳定性的量化影响。  其次,通过能考虑砖墙与土坡相互作用的有限元法得出土体强度指标折减时的墙顶侧移变化趋势曲线,借鉴强度折减有限元法判定边坡失稳的判据,认为当墙体侧移发生突变时包山式城墙即发生失稳破坏。将强度折减法和极限平衡法所得的结论进行对比从而对极限平衡分析时所做简化的合理性进行了评价,提出了失稳破坏时的墙顶水平位移限值,进而分析了温度变化、渗水、材料强度折减的对墙体侧移的量化影响。  最后,由典型包山式城墙龙脖子和狮子山段城墙的墙顶水平位移和鼓胀的长期观测数据得出累计墙顶水平位移随观测次数的趋势曲线,通过与前述墙项水平位移限值的比较就其安全性进行了评价,并分析了实测数据规律与城墙拐角结构形式的关系。  上述研究成果不仅对城墙这种特定结构的稳定性评价提供了参考,而且提出了城墙维护加固的两种方法即施加土层锚杆和改善土体顶部的防排水性能。施加土层锚杆可以增强外墙和土坡之间的咬合嵌固作用;改善土体顶部的防排水性能既可以防止雨水浸润外包墙与内侧土体之间的接触面而形成附加水压力,又可以防止雨水侵入土体而导致土体强度指标的降低。
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