Comparative analysis of accounting dynamic earth pressure on retaining structures in regulatory documents

Abstract

У роботі розглянуто дослідження сейсмічного впливу під час проєктування підпірних стін. Історично перші дослідження динамічного тиску ґрунту базувалися на статичній теорії сейсмостійкості, яка розроблена на припущеннях і передумовах теорії Кулона. У роботах Окабе і Мононобе розрахункові залежності отримано у результаті спільного розгляду інерційних і гравітаційних сил, що діють в ґрунті засипки, тому епюри тиску ґрунту від сейсмічних впливів за формою не відрізнялися від статичних. Питання пошуку методів урахування динамічного тиску ґрунтів на бічну поверхню, зокрема сейсмічного тиску ґрунту на підпірні стіни, стосується низка сучасних досліджень. Однак у вказівках нормативних документів різних країн світу є деякі розбіжності, що підкреслює неоднозначність наукових поглядів на це питання. Наприклад, у нормативних документах США, Канади, Австралії, Нової Зеландії, Індії вираз рівнодіючої бічного тиску ґрунту за динамічного впливу має однаковий вигляд. У Єврокоді, державних українських нормах залежність для визначення рівнодіючої сили принципово відрізняється від стандартів вищезгаданих країн. В цьому дослідженні здійснено якісне і кількісне оцінювання зазначених розбіжностей. Детально проаналізувавши розрахункові залежності, для визначення бокового тиску ґрунту в нормативних документах США і Європи, можна дійти висновку, що, незважаючи на візуальну розбіжність в аналітичному плані, ці вирази рівнозначні. Кількісна відмінність полягає лише в різних коефіцієнтах запасу. Що ж стосується українських норм – залежності хоч і незначно, але принципово відрізняються порівняно із нормами США і Європи. Відзначено, що ця розбіжність продубльована в державних стандартах України з радянських норм, а це свідчить про те, що за останні роки це питання в Україні не переглядали. Кількісна оцінка результуючого бічного тиску ґрунту обчислена з урахуванням різних нормативних вказівок, залежно від різних факторів. Відмінність нормативних вказівок України від вищезазначених спричиняє похибку в межах до 17,4 % у меншу (несприятливу) сторону.

This study research investigated the seismic effects on the design of retaining walls. The basic analysis theory of retaining structures under static load is the Coulomb theory, stating that the pressure of a loose body on the lateral surface is determined from the static equilibrium condition of rigid wedge formed in the bed between backsides of the structure and slipping area, considering the wedge as rigid body. Dynamic pressure of the soil was studied in the works of Okabe and Mononobe. Currently, these studies are basic in the preparation of regulatory documents. However, there are discrepancies between the approaches of Ukraine, Europe, and the United States in this matter. Analyzed regulatory guides for the calculation of these structures for the action of dynamic loads. Assessed the discrepancies between the calculated dependencies established by USA codes, Ukraine codes, and Eurocode. This work shows the relation between the curvature of the back face of the retaining wall, and the lateral pressure diagram of the bulk material due to seismic load.