EPS對(duì)擋土墻抗震性能的研究

郭麗 李和志 李琪

摘 要：近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，擋土墻在我國(guó)公路工程交通事業(yè)的應(yīng)用也相對(duì)得到了大力發(fā)展。由于我國(guó)地震分布廣，地震破壞性強(qiáng)，把EPS用在剛性面板的擋土墻之中，豎直地放置在面板和填土之間，可以作為壓縮夾層，不僅能起到減壓的作用，還能作為緩沖層，起到良好的抗震效果。

關(guān)鍵詞：擋土墻；EPS；抗震

基金項(xiàng)目：江西科技學(xué)院“一般項(xiàng)目”2014年度項(xiàng)目“軟巖隧道底鼓機(jī)理及防治技術(shù)研究”（編號(hào)：ZR14YB08）。

1 前言

擋土墻是防止土體坍塌的土工構(gòu)筑物，它廣泛地應(yīng)用在建筑工程，道路橋梁工程，水利工程等多種領(lǐng)域，近些年來(lái)的地震活動(dòng)說(shuō)明我國(guó)地震活動(dòng)正處在活躍時(shí)期，而我國(guó)目前對(duì)邊坡地震動(dòng)力特性分析的研究還不夠深入，缺乏較為成熟可靠的分析方法和標(biāo)準(zhǔn)可以遵循。擋土墻的破壞給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了相當(dāng)大的損失，其破壞不但增加了工程維修和重建費(fèi)用，更導(dǎo)致了震后道路的通行受阻到阻礙，橋梁倒塌，甚至交通中斷，給震后的救災(zāi)工作的開展帶來(lái)很大困難。因所以在抗震設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)程中，采取有效措施，緩沖和減少擋土墻墻背的水平總土壓力，控制擋土墻的變形和位移，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國(guó)內(nèi)外對(duì)EPS的研究發(fā)展?fàn)顩r

隨著公路工程的發(fā)展，土工合成材料（geosynthetics）的應(yīng)用也愈發(fā)普遍，其中聚苯乙烯泡沫塑料（Expanded polystyrene，簡(jiǎn)稱EPS）已經(jīng)成為非常具吸引力的品種之一，它的出現(xiàn)使工程中很多難以解決的問題取得了令人比較滿意的結(jié)果。

在國(guó)內(nèi)的公路工程中，近年來(lái)，在一些南方地區(qū)EPS也開始被廣泛應(yīng)用。在廣東、浙江、上海等省市，EPS作為路基輕質(zhì)填料得到了大力推廣；在浙江的高速公路上廣泛應(yīng)用EPS來(lái)處理橋頭臺(tái)背回填；滬寧高速公路工程中大量應(yīng)用了EPS作為路基拼接段的主要填料。EPS以其獨(dú)特的路用性能也越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。

泡土工合成材料在巖土工程中的應(yīng)用是從上世紀(jì)六十年代開始的。EPS在道路工程中的應(yīng)用始于1965年，挪威在路基下鋪設(shè)了5—10cm厚的EPS板作為隔溫層，以此來(lái)防治嚴(yán)寒季節(jié)對(duì)道路的凍害。目前在北美、歐洲、日本、加拿大、泰國(guó)、德國(guó)等國(guó)家和地區(qū)先后推廣此項(xiàng)成果修筑的公路、鐵路以及機(jī)場(chǎng)道路達(dá)到5000多公里，取得了很好的效果。

3 EPS擋土墻計(jì)算區(qū)模型

擋土墻和土體系統(tǒng)與地球介質(zhì)組成了無(wú)限連續(xù)體系。在這一無(wú)限連續(xù)體系中設(shè)置了一種虛擬的人工邊界把擋土墻和土體系統(tǒng)與無(wú)限的地球介質(zhì)分開。

將人工邊界所包圍的墻土體系統(tǒng)一離散，再對(duì)擋土墻和土體之間的接觸面進(jìn)行單獨(dú)離散之后，離散的節(jié)點(diǎn)可以分為兩類：人工邊界上的邊界節(jié)點(diǎn)和人工邊界所包圍的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)（簡(jiǎn)稱內(nèi)點(diǎn)）。

擋土墻、EPS土工泡沫以及土體采用平面應(yīng)變、四節(jié)點(diǎn)、線性、減縮積分單元。本文為了更好的驗(yàn)證EPS在擋土墻中的壓縮變形量，設(shè)置了一個(gè)4m重力式擋土墻模型。擋土墻面板混凝土采用線彈性模型，回填土及地基采用彈塑性模型。土體的本構(gòu)模型采用擴(kuò)展Drucker-Prager模型。EPS土工泡沫在變形初始階段（1%-5%的應(yīng)變范圍）表現(xiàn)出良好的線性彈性行為，而模型中EPS的實(shí)際壓縮量基本都在線彈性范圍以內(nèi)，因此對(duì)于EPS土工泡沫采用了線彈性本構(gòu)模型。

4 擋土墻高為4m時(shí)，EPS厚度對(duì)擋土墻底土壓力強(qiáng)度的影響

5 結(jié)論

本章建立了EPS擋土墻平面內(nèi)抗震性能的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，、?duì)墻高為4m，3種不同密度、3種不同厚度EPS的重力式擋土墻進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)分析研究，并將它們的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得到如下結(jié)論：

通過(guò)對(duì)3種不同厚度的EPS擋土墻底土壓力強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，4米墻高時(shí)厚度為1.6米的EPS擋土墻底土壓力強(qiáng)度最小，在沒有設(shè)置EPS時(shí)，土壓力強(qiáng)度最大，為-11550Pa。土壓力強(qiáng)度越小，說(shuō)明設(shè)置EPS抗震效果較較好。但考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素，取0.8米厚的EPS更為經(jīng)濟(jì)合理。

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作者簡(jiǎn)介

郭麗（1987-），女，湖北仙桃人，江西科技學(xué)院，碩士。研究方向：巖土工程。