加筋土擋墻穩(wěn)定性模型試驗研究★

張瑞俏　劉小文

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌　330031)

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·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

加筋土擋墻穩(wěn)定性模型試驗研究★

張瑞俏劉小文

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌330031)

通過模型試驗，采用牛皮紙作為砂土中加筋材料，硬紙板作為擋墻，研究了不同筋條長度、寬度、筋條水平及豎向不同間距下?lián)鯄λ艹惺艿淖畲蠛奢d，定量分析了各方案下加筋土擋墻的穩(wěn)定性及各因素對擋土墻穩(wěn)定性的影響，提出了增強(qiáng)加筋土擋墻穩(wěn)定性的方法。

擋墻，加筋土，模型試驗，穩(wěn)定性

0　引言

加筋擋土墻與傳統(tǒng)擋墻相比，具有更好的柔性特征，能夠適應(yīng)地基輕微變形，抗震穩(wěn)定性良好；占地少，施工方便，造型美觀，且造價上具有優(yōu)勢。1965年,法國工程師HenriVidal提出現(xiàn)代加筋土[1]的理論,金屬加筋的應(yīng)用得到迅速推廣,之后又發(fā)展到利用鋼筋混凝土構(gòu)件作為加筋材料,而目前多種土工合成材料成為加筋材料的主流。

加筋土有兩種破壞模式,分別為:筋土因相對滑動而使筋帶被拔出——通常發(fā)生在周圍壓力較小、加筋的間距較大的情況下,加筋土的抗剪強(qiáng)度取決于筋土界面的摩擦抗剪強(qiáng)度;筋帶拉斷——通常發(fā)生在周圍壓力較大、加筋的間距較小的情況下,加筋土的抗剪強(qiáng)度取決于加筋的抗拉強(qiáng)度[2]。但有關(guān)加筋土擋墻穩(wěn)定性因素的研究有待深入。

1　擋墻模型設(shè)計

為研究方便，試驗在砂箱中進(jìn)行(見圖1)。砂箱尺寸(長×寬×高)為75cm×50cm×50cm；采用標(biāo)準(zhǔn)牛皮紙做筋帶，標(biāo)準(zhǔn)紙板為墻面板，墻后填料為標(biāo)準(zhǔn)砂。擋墻制作過程為：在墻后填土前，在標(biāo)準(zhǔn)紙板后放置厚15mm、可移動的膠合板以保持填土過程擋墻穩(wěn)定，待筋條與紙板粘貼好后，在填土過程中根據(jù)加筋位置在土中埋入筋條。填土完成后，移開膠合板，觀察擋墻穩(wěn)定性。通過在擋墻填土面載加荷，分析加筋方案對擋墻穩(wěn)定性影響。

試驗材料參數(shù)為：填土為標(biāo)準(zhǔn)砂，重度γ=16.15kN/m3,粘聚力C=0，內(nèi)摩擦角φ=43.2°；筋帶的抗拉參數(shù)：筋帶每單位寬度的抗拉強(qiáng)度F拉=3.3N/mm；筋帶(牛皮紙帶)與土體(標(biāo)準(zhǔn)砂)的摩擦系數(shù)μ=0.47。

2　試驗方案及結(jié)果

表1　試驗方案及結(jié)果

共進(jìn)行了三組試驗，沿?fù)鯄Ω叨确较蚓鶆虿贾昧?排，間距10cm,水平方向各排布置數(shù)量不一，布置見圖2。三組方案筋條布置參數(shù)見表1。表1中擋墻穩(wěn)定性分析參考文獻(xiàn)[3]進(jìn)行。

試驗1，當(dāng)填土面加載至25kg附加荷載時發(fā)生內(nèi)部穩(wěn)定性破壞。具體表現(xiàn)為第3層筋帶部分?jǐn)嗔?、?層筋帶全部斷裂。具體原因為：依據(jù)內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得，第4層、第5層筋帶抗拉穩(wěn)定性不夠。因此，破壞應(yīng)從第4層筋帶斷裂開始。而從抗拔穩(wěn)定性分析可得，筋帶提供的摩擦力不足以平衡土壓力，因此在第4層筋帶斷裂后，第3層筋帶隨之?dāng)嗔?，其他各層筋帶從土中拔出，此時第5層筋帶還未來得及斷裂。

試驗2，加載至20kg附加荷載時整個面板傾倒，但筋帶未發(fā)生斷裂，筋帶從土中被拔出。具體原因為：由內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得，各層筋帶抗拉穩(wěn)定性滿足要求，但抗拔穩(wěn)定性不滿足要求，因此筋帶因提供的摩擦力不足從土中拔出而破壞。

試驗3，加載至150kg時，加筋土復(fù)合體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生破壞。具體原因為：整體穩(wěn)定性滿足要求，由內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得，筋帶抗拉穩(wěn)定性不滿足要求、抗拔穩(wěn)定性滿足要求。而筋帶未發(fā)生斷裂，仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。這是因為本次試驗通過增加振搗次數(shù)使得夯實(shí)度提高，而夯實(shí)度的提高使填土內(nèi)摩擦角增大，從而使朗肯主動土壓力系數(shù)減小，一定高度內(nèi)主動土壓力合力減小，抗拉穩(wěn)定性提高。

3　影響因素分析

1)筋帶寬度。加筋土復(fù)合體中拉應(yīng)力表現(xiàn)為筋帶阻止面板發(fā)生側(cè)向變形。為了防止筋帶被拉斷，可以通過增加筋帶寬度實(shí)現(xiàn)。對比1，2試驗數(shù)據(jù)，在兩次試驗所用筋帶總面積相同(500cm2)，承受荷載相同的情況下，試驗1中第3層筋帶寬度均為6mm,造成第3層筋帶部分?jǐn)嗔?；而第二次試驗在不改變?層長度的前提下，將其寬度增加至7mm，第3層筋帶全部完好無損。通過內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得，增加寬度使得單根筋帶提供的摩擦力增大，而筋帶寬度的增大使得容許的拉力也隨之增大，因此，為了防止筋帶發(fā)生張拉破壞，增加筋帶寬度效果明顯。此外，通過對比兩次試驗發(fā)現(xiàn)，減少第1層筋帶寬度對試驗結(jié)果無明顯影響，說明下部筋帶承受的拉力較大，對寬度的要求較高，因此為節(jié)約材料可以適當(dāng)減少第1層寬度。

2)筋帶長度。依據(jù)試驗可得增加筋帶長度有利于提高筋帶的抗拔穩(wěn)定性。這是因為加筋擋土墻筋帶的長度除需要滿足滑動區(qū)長度的要求外，需要依據(jù)其所受的土壓力計算穩(wěn)定區(qū)的長度。假設(shè)土壓力在某一微分段所引起的水平推力為ΔT,豎向荷載和土的自重為N,筋帶與土體之間的摩擦力為μ，筋帶的有效區(qū)(穩(wěn)定區(qū))長度為Lai，筋帶寬度為b,因為筋帶上下表面均提供摩擦力，因此在外荷載和土的自重作用下單根筋帶所提供的摩擦力f=μ×N×b×Lai×2，如果拉筋與土體之間的摩擦力滿足f>ΔT，則拉筋與土之間不會發(fā)生相對滑動，如果各層筋帶摩擦力均大于其水平土壓力，則加筋擋土墻滿足抗拔穩(wěn)定性要求。

3)筋帶間距。為驗證筋帶的水平間距對加筋擋土墻穩(wěn)定性的影響，利用理正巖土軟件對同一設(shè)計方案采用不同的水平間距對其進(jìn)行穩(wěn)定性測算，得出隨著筋帶水平間距的減小，筋帶的抗拔穩(wěn)定性提高。這一現(xiàn)象可用庫侖合力法來解釋，該方法將加筋土視為摩擦錨固系統(tǒng)，考慮滑動土楔體的平衡條件，得出各層筋帶所承受的土壓力Ti=n÷(n+1)×Ka×γ×Zi×Sx×Sy，其中，n為筋帶的總層數(shù)；γ為土的重度；Zi為第i層筋帶至擋墻頂面的垂直距離；Ka為主動土壓力系數(shù)；Sx,Sy分別為筋帶水平和垂直方向的間距。由此可得出，隨著筋帶水平方向間距的減少，筋帶所承受的土壓力逐漸減少，而各層筋帶抗拔力不變，因此其抗拔穩(wěn)定性提高。加筋土豎向間距的減少也會提高其抗拔穩(wěn)定性，但應(yīng)避免間距過大造成加筋拱效應(yīng)。

4　填土密實(shí)度

為防止筋帶被拉出造成加筋復(fù)合體滑動，需要保證每層填土均勻密實(shí)，從而使筋帶能夠充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度，抵抗因外荷載和土體自重產(chǎn)生的壓力。填土密實(shí)度對提高加筋復(fù)合體承載力有顯著影響。

模型試驗表明，增加筋帶長度和寬度、減少筋帶間距、提高填土密實(shí)度有利于提高加筋土內(nèi)部穩(wěn)定性。

[1]Koerner,R.M..Designingwithgeosynthetics[Z].JohnWiley&Sons,3rdEdition,1986.

[2]賀會團(tuán).加筋擋土墻關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京水利科學(xué)研究院博士學(xué)位論文，2007.

[3]莫海鴻，楊小平.基礎(chǔ)工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

Experimentalstudyonthestabilityofreinforcedretainingwallmodel★

ZhangRuiqiaoLiuXiaowen

(School of Architectural Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China)

Thispaperstudiesthemaximumloadthereinforcedretainingwallcanwithstandwithdifferentlength,widthandhorizontalandverticaldistanceofrodsthroughmodeltest,wherethekraftpaperworksasreinforcementmaterialinsandandcardboardworksasaretainingwall.Bythequantitativeanalysisofthestabilityofreinforcedretainingwallunderthevariousschemesandthefactorsthataffectthestabilityoftheretainingwall,thispaperputforwardthemethodtoenhancethestabilityofreinforcedsoil.

retainingwall,sandysoil,modeltest,stability

1009-6825(2016)23-0058-03

2016-06-09★：2016年南昌大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研訓(xùn)練項目資助

張瑞俏(1995- )，女，在讀本科生；劉小文(1968- )，男，教授

TU476.4

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