擋土墻后EPS板減壓性能模型試驗(yàn)研究

鄭俊杰，邵安迪，謝明星，景丹

(華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

擋土墻是土木工程、交通工程領(lǐng)域重要的結(jié)構(gòu)物之一，其主要功能是抵抗側(cè)向土壓力，并防止墻后土體發(fā)生滑動(dòng)或坍塌，目前已廣泛應(yīng)用于房屋建筑、水利工程、公路與鐵路工程中。減小擋土墻墻背土壓力對(duì)于保障工程安全、降低工程造價(jià)具有重要意義。迄今為止，諸多學(xué)者對(duì)擋土墻土壓力進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。Terzaghi[1-2]最早開(kāi)展模型試驗(yàn)，證實(shí)了擋土墻土壓力沿墻高呈非線性分布，該結(jié)論在岳祖潤(rùn)等[3]的離心試驗(yàn)中得到再次驗(yàn)證。對(duì)擋土墻土壓力的研究很早便不局限于靜止土壓力，陳頁(yè)開(kāi)[4]和周健等[5]通過(guò)試驗(yàn)對(duì)不同擋土墻變位模式下的土壓力開(kāi)展了進(jìn)一步研究。此外，也有學(xué)者采用有限差分軟件FLAC3D對(duì)擋土墻土壓力進(jìn)行研究。謝明星等[6]分別對(duì)有限填土條件下?lián)跬翂Φ耐翂毫Υ笮『头植歼M(jìn)行了研究。加筋土擋墻作為極具應(yīng)用價(jià)值的擋土墻，其土壓力分布規(guī)律的研究更為必要，賈良[7]和陳建峰等[8]開(kāi)展了數(shù)值模擬。Green等[9]對(duì)某混凝土懸臂式擋土墻在動(dòng)態(tài)荷載作用下的側(cè)向土壓力進(jìn)行了分析。

聚苯乙烯土工泡沫(EPS)是一種具有優(yōu)良性能的輕型高分子材料，具有密度低、壓縮變形大、緩沖隔振和隔熱效果好的優(yōu)點(diǎn)，可被用來(lái)解決許多巖土工程中的難題，如用于結(jié)構(gòu)隔振、邊坡穩(wěn)定、軟基處理、地埋結(jié)構(gòu)減荷、凍土路基等諸多方面[10]。EPS的壓縮變形特性可以有效減小剛性擋土墻的墻背土壓力，學(xué)者們對(duì)此進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。Tsukamoto等[11]的試驗(yàn)驗(yàn)證了在擋土墻和墻背填土之間沿豎向鋪設(shè)壓縮性EPS板能顯著減小剛性擋土墻的靜止土壓力，Ikizler等[12]對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入探討。EPS除了能減小靜態(tài)荷載作用下的土壓力，Gaskin[13]和Bathurst等[14]的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果表明，在振動(dòng)荷載作用下，土工泡沫材料對(duì)側(cè)向土壓力的減壓作用仍然顯著，其最大減小量可以達(dá)到60%。Bathurst等[15]也對(duì)EPS緩沖層減輕剛性基底和擋土墻地震負(fù)荷的效果進(jìn)行了進(jìn)一步論證。汪益敏等[16]基于考慮時(shí)間因素的有限差分原理，建立了水平條分法的數(shù)值模型，對(duì)擋土墻后的EPS土工泡沫緩沖層進(jìn)行了分析，主要分析其對(duì)減小振動(dòng)作用下?lián)跬翂κ芰εc變形的作用。

筆者基于直剪試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試砂土和EPS土工泡沫的力學(xué)性能及相關(guān)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展擋土墻模型試驗(yàn)，采用有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬，研究不同上覆荷載作用下EPS板的彈性模量和厚度等參數(shù)對(duì)墻背土壓力的影響程度，為實(shí)際工程中擋土墻后設(shè)置EPS板提供設(shè)計(jì)參考。值得注意的是，同時(shí)考慮擋土墻的移動(dòng)與EPS板的壓縮兩個(gè)因素較為復(fù)雜，筆者的研究?jī)H為擋土墻在靜止?fàn)顟B(tài)下EPS板的減壓性能。

1 試驗(yàn)砂土和EPS材料特性測(cè)定

1.1 試驗(yàn)砂土抗剪強(qiáng)度參數(shù)測(cè)定

對(duì)試驗(yàn)砂土進(jìn)行直剪試驗(yàn)，以得到其黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ，由于砂土不需考慮排水固結(jié)的問(wèn)題，試驗(yàn)采用快剪方法。試驗(yàn)采用ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀，裝置構(gòu)造如圖1所示。

圖1 ZJ型應(yīng)變控制式直剪儀Fig.1 ZJ strain-controlled direct shear instrument

通過(guò)直剪試驗(yàn)可得到剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線，如圖2所示。剪應(yīng)力-剪切位移曲線上的剪應(yīng)力峰值即為該砂土試樣的抗剪強(qiáng)度。線性擬合得出抗剪強(qiáng)度-垂直壓力關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖2 剪應(yīng)力-剪切位移關(guān)系曲線Fig.2 Relation curves of shear stress-shear displacement

土體的抗剪強(qiáng)度關(guān)系為

τf=c+σtanφ

(1)

由式(1)可知：直線的截距為土樣的黏聚力c值，直線的斜率即為土樣內(nèi)摩擦角φ的正切值。由圖3可知，此組試驗(yàn)砂土的黏聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為37.29°。按同樣的方式進(jìn)行第2組直剪試驗(yàn)，得到砂土的黏聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為38.66°。將兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值，即砂土的黏聚力為0 kPa，內(nèi)摩擦角為37.98°。

圖3 抗剪強(qiáng)度-垂直壓力關(guān)系曲線Fig. 3 Relation curve of shear strength-vertical pressure

1.2 EPS材料彈性模量值測(cè)定

模型箱試驗(yàn)共采用5種規(guī)格的EPS材料，分別對(duì)應(yīng)不同的EPS密度?？赏ㄟ^(guò)對(duì)各規(guī)格EPS材料特制成的相同尺寸的圓柱體試樣進(jìn)行質(zhì)量測(cè)量并求得密度；對(duì)圓柱體試樣開(kāi)展無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)繪制出的彈性應(yīng)變階段的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線得出EPS材料彈性模量值。試驗(yàn)采用南京寧曦土壤儀器有限公司生產(chǎn)的TSZ系列應(yīng)變控制式三軸儀，儀器如圖4所示。

圖4 試樣及三軸儀裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of sample and triaxial apparatus

圖5為通過(guò)試驗(yàn)繪制出的5種規(guī)格EPS試樣的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖5可見(jiàn)，EPS材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系大致在0～2%的軸向應(yīng)變范圍內(nèi)為線性，即在初始階段表現(xiàn)為線彈性材料，這與Kim等[17]選取的EPS材料線彈性區(qū)段一致。取該區(qū)段的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行線性擬合，由式(2)可求出這5種規(guī)格EPS材料的彈性模量E。

E=σ/ε

(2)

對(duì)每種規(guī)格的EPS另取一試樣進(jìn)行第2組無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取兩組試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為彈性模量E，見(jiàn)表1。由表1可以看出，隨著EPS材料密度的增大，其彈性模量也相應(yīng)地增大。

圖5 EPS試樣軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.5 Axial stress-strain curve of EPS

表1 不同密度下的EPS壓縮力學(xué)性能Table 1 Compression mechanical properties of EPS with different densities

2 擋土墻模型箱試驗(yàn)

2.1 擋土墻模型箱

試驗(yàn)使用的自制模型箱長(zhǎng)0.8 m、寬0.4 m、高0.48 m。箱體外部框架由30 mm方鋼焊接而成，頂部無(wú)蓋，模型箱側(cè)板與底板的材質(zhì)均為20 mm厚ABS塑鋼，側(cè)板與底板嵌固在外部不銹鋼框架上，并使用密封膠對(duì)縫隙進(jìn)行密封處理。擋墻面板為50 mm不銹鋼板，底端固定、上端可通過(guò)鉚釘改變其傾角。通過(guò)改變可移動(dòng)擋板的位置來(lái)改變擋土墻后的填土寬度。EPS板均為定制，其面積與擋土墻面板尺寸一致。擋土墻模型箱如圖6所示。

圖6 擋土墻模型箱Fig.6 Model box for retaining wall

2.2 試驗(yàn)步驟

1)模型箱就位，固定擋墻面板，將EPS板用玻璃膠固定在擋墻面板內(nèi)壁。

2)在擋墻面板特定高度處(0、0.1、0.2、0.3、0.4 m)，用玻璃膠將土壓力傳感器固定于EPS板表面，具體布置如圖7所示。梳理接線并從擋墻面板側(cè)邊緣引出，將土壓力傳感器與應(yīng)變采集儀連接，試驗(yàn)采用江蘇東華測(cè)試技術(shù)有限公司的DH3816N靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，如圖8所示。

圖7 土壓力盒分布方式Fig.7 Distribution of earth pressure boxes

圖8 DH3816N靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)Fig.8 DH3816N static strain testing system

3)對(duì)土壓力傳感器的白色通氣管吹氣，傳感器的輸出值由0開(kāi)始有明顯躍升，停止吹氣輸出值又逐漸減小為0，則表明土壓力傳感器安裝正確。做好所有相關(guān)的準(zhǔn)備工作后開(kāi)始采樣(采用5 s一次的定時(shí)采樣)。

4)向模型箱內(nèi)回填砂土，采用人工落雨法，使砂土從高于箱頂20 cm處自由下落，每回填10 cm高砂土靜置30 min，分層鋪設(shè)直至擋土墻頂部。待測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)窗口中輸出的土壓力大小趨于穩(wěn)定時(shí)測(cè)得的值即為無(wú)外加荷載時(shí)的墻背土壓力。

5)穩(wěn)定后開(kāi)始逐級(jí)加載，如圖9所示。在木板上均勻放置砝碼來(lái)模擬施加在墻后填土表面的均布荷載，荷載均施加在墻后寬43 cm的填土表面。每增加一級(jí)荷載，需等待測(cè)量土壓力值穩(wěn)定后再增加下一級(jí)荷載。各級(jí)荷載大小見(jiàn)表2。

圖9 分級(jí)加載過(guò)程(部分)Fig.9 Hierarchical loading process (partial)

表2 各級(jí)荷載大小Table 2 Load at different levels

6)在砂土回填和砝碼加載階段始終保持靜態(tài)應(yīng)變采集儀的工作，測(cè)量和記錄在各級(jí)荷載下，土壓力沿?fù)鯄Ω叨鹊淖兓?，并?duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。

7)卸掉荷載，清空砂土，取下土壓力傳感器，更換EPS板按同樣的步驟進(jìn)行下一工況的試驗(yàn)。完成每一工況試驗(yàn)后填寫(xiě)試驗(yàn)說(shuō)明。試驗(yàn)包含8個(gè)工況，見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)工況Table 3 Test conditions

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 墻背土壓力理論值計(jì)算 對(duì)于不含EPS板的工況1，理論上可計(jì)算靜止土壓力沿?fù)鯄Ω叩姆植肌?duì)于本試驗(yàn)，試驗(yàn)砂樣內(nèi)摩擦角為φ=37.98°，重度γ=16 kN/m3，墻高H=0.48 m，靜止土壓力系數(shù)可根據(jù)式(3)求得。

K0=1-sinφ

(3)

由此計(jì)算出無(wú)荷載情況下墻背土壓力的分布。

圖10為無(wú)荷載情況下土壓力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖。由圖10可看出：由試驗(yàn)得到的實(shí)測(cè)土壓力強(qiáng)度與理論值較為接近，在靠近墻踵處，實(shí)測(cè)值略小于理論值，但相差不大，證明了模型箱試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

圖10 無(wú)荷載情況下土壓力實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖Fig.10 Comparison of measured and theoretical values of lateral earth pressure without external load

2.3.2 EPS板厚度的影響 圖11為在無(wú)荷載、三級(jí)荷載、五級(jí)荷載和七級(jí)荷載條件下，工況1、2、3和4中土壓力沿墻高的分布圖。4個(gè)工況中EPS的彈性模量E相同，厚度t不同。對(duì)4種荷載條件下的土壓力分布進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：墻后填土表面荷載的增加對(duì)擋土墻靠近頂部部分影響較大，上部墻背土壓力強(qiáng)度增加較為明顯；放置EPS板后，墻背土壓力相對(duì)于無(wú)EPS工況有明顯減小，且在工況1下存在較大土壓力強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的高度處減壓效果更明顯；從無(wú)荷載到七級(jí)荷載，墻背土壓力越大，EPS的減壓效果越明顯；在同級(jí)荷載下，EPS板厚度越大時(shí)墻背土壓力減小得越明顯，這是由于隨著EPS板厚度的增加，其壓縮量也會(huì)相應(yīng)增加，也就允許墻后土體發(fā)生更大的變形。

圖11 不同厚度工況下土壓力強(qiáng)度沿墻高分布曲線Fig.11 Distribution curves of lateral earth pressure along wall height for EPS board of different thickness

2.3.3 EPS板彈性模量的影響 圖 12為在無(wú)外荷載、三級(jí)荷載、五級(jí)荷載、七級(jí)荷載條件下，工況1、2、5、6、7和8中土壓力沿墻高的分布圖。除工況1未鋪設(shè)EPS外，其余5個(gè)工況中EPS的厚度t相同，彈性模量E不同。

圖12 不同彈性模量工況下土壓力強(qiáng)度沿墻高分布曲線Fig.12 Distribution curves of lateral earth pressure along wall height for different EPS elastic modulus

對(duì)4種荷載條件下的土壓力分布進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：墻后填土表面荷載的增加對(duì)擋土墻靠近頂部部分影響較大，墻背上部土壓力強(qiáng)度增加較明顯；放置EPS板后，墻背土壓力相對(duì)于無(wú)EPS時(shí)有明顯減小，且在工況1下存在較大土壓力強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的高度處減壓效果越明顯的情況；從無(wú)外荷載到七級(jí)荷載，墻背土壓力越大，EPS的減壓效果就越明顯；EPS材料彈性模量E越小，EPS板越柔，越容易發(fā)生壓縮和變形，這使得采用E值更小的EPS板時(shí)墻背土壓力減小的現(xiàn)象更為明顯。

觀察未施加荷載時(shí)無(wú)EPS(工況1)和有EPS工況下的土壓力分布。明顯看到工況1的土壓力分布從上至下接近線性增大，而其余工況下的土壓力強(qiáng)度均呈現(xiàn)從上至下先增大后減小的分布趨勢(shì)。這是由于在有EPS的工況下，EPS產(chǎn)生的壓縮量可視為擋土墻產(chǎn)生的位移，這與楊明輝等[18]通過(guò)試驗(yàn)得到的平動(dòng)模式下的土壓力強(qiáng)度分布規(guī)律相吻合。有無(wú)EPS工況下不同的土壓力分布規(guī)律也表明EPS有均勻土壓力分布的作用。

3 數(shù)值模擬

3.1 數(shù)值模型的建立

在試驗(yàn)過(guò)程中，由于EPS板的壓縮量過(guò)小，用位移計(jì)無(wú)法測(cè)出，因此，采用數(shù)值模擬方法對(duì)EPS的壓縮量與墻背土壓力的分布之間的關(guān)系進(jìn)行分析。

采用有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行建模，所建數(shù)值模型尺寸均以模型箱的實(shí)際尺寸為標(biāo)準(zhǔn)。模型中，填土采用摩爾-庫(kù)侖模型，EPS材料、擋墻面板和模型箱箱壁均采用彈性模型。材料具體參數(shù)的選取見(jiàn)表4。根據(jù)擋土墻模型箱的實(shí)際情況，模型的邊界條件為：模型底部用全約束限制所有方向的位移；可移動(dòng)擋板以及擋墻面板對(duì)應(yīng)的面則限制其水平方向的位移。建模過(guò)程中荷載的施加完全按照試驗(yàn)工況中的從無(wú)荷載逐級(jí)施加到七級(jí)荷載。

表4 材料參數(shù)Table 4 Material parameters

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.2.1 土壓力強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比 圖13為工況1、2、7土壓力強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比。由圖13(a)可以看出，工況1無(wú)荷載情況下的土壓力強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值吻合良好，區(qū)別僅在墻踵處土壓力強(qiáng)度模擬值減小至零。由圖13(a)～(c)均可看到，在不同工況及不同荷載作用下，模擬值與實(shí)測(cè)值均能較好地吻合。將工況2、工況7的土壓力強(qiáng)度分布情況與工況1進(jìn)行對(duì)比，可以明顯看到工況1中土壓力強(qiáng)度從墻頂至墻踵大致呈線性增加，只是在接近墻踵處減小至零；而工況2及工況7均呈現(xiàn)擋墻中部土壓力強(qiáng)度大、上下部較小的分布規(guī)律。如前文所述，由于EPS板壓縮可視作擋土墻發(fā)生了移動(dòng)從而導(dǎo)致了該現(xiàn)象。以上結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模型的正確性。

圖13 不同工況下土壓力強(qiáng)度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖Fig.13 Comparison of simulated and measured lateral earth pressures intesity under different cases

3.2.2 EPS壓縮量分析 圖14為工況2中EPS壓縮量沿墻高變化分布圖。由圖14可以看出：EPS板沿墻高壓縮量與土壓力強(qiáng)度分布情況一致，尤其在無(wú)荷載作用時(shí)明顯呈現(xiàn)出EPS板中部壓縮量大、上下部壓縮量較小的情況；隨著荷載級(jí)數(shù)增加，EPS板的壓縮量也增大，但由于荷載增加對(duì)墻體上部土壓力影響更大，故EPS板上部的壓縮量增加得更明顯。這也導(dǎo)致施加外荷載后，EPS板的中上部壓縮量均大于下部壓縮量。

圖14 不同荷載作用下的EPS壓縮量沿墻高變化曲線Fig.14 Curves of EPS compression along wall height under different loads

圖15為七級(jí)荷載下A規(guī)格3種厚度的EPS板沿墻高的壓縮量示意圖。由圖15可以看出：七級(jí)荷載作用下，EPS板中上部的壓縮量大、下部壓縮量??；厚度越大的EPS板，其壓縮量也越大，允許土體產(chǎn)生更大的變形，因此，減小的墻背土壓力也就越多。這也驗(yàn)證了板厚t越大EPS的減壓效果越顯著的結(jié)論。

圖15 七級(jí)荷載作用下不同厚度的EPS壓縮量沿墻高變化曲線Fig.15 Curves of EPS compression of different thicknesses along wall height under seven-stage load

圖16為七級(jí)荷載下EPS厚度為4 cm時(shí)，不同彈性模量的EPS壓縮量沿墻高變化曲線。由圖16可以看出：在EPS板厚度t一定時(shí)，彈性模量E越小，其壓縮量也就越大，減小的墻背土壓力也就越多。彈性模量E差距較大的EPS板壓縮量的差別在圖中表現(xiàn)得尤為顯著，如EPS(A)和EPS(E)。這也驗(yàn)證了彈性模量E越小EPS板減壓效果越顯著的結(jié)論。

圖16 七級(jí)荷載作用下不同彈性模量的EPS壓縮量沿墻高變化曲線Fig.16 Curves of EPS compression of different elastic modulus along wall height under seven-stage load

3.3 EPS靜止土壓力減壓系數(shù)

擋土墻位移、墻高、墻后土體參數(shù)、EPS板厚度和密度等參數(shù)均對(duì)設(shè)置EPS板的擋土墻土壓力有直接影響。該研究擋土墻位移為0，為進(jìn)一步減少影響土壓力的參數(shù)，定義EPS靜止土壓力減壓系數(shù)

K=En/E0

(4)

式中：En為鋪設(shè)有EPS板的不同工況下靜止土壓力，E0為無(wú)EPS板工況下靜止土壓力。利用式(4)得出K值即可近似忽略墻高對(duì)減壓效果的影響。針對(duì)試驗(yàn)中采用的砂土，基于數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)K值進(jìn)行擬合。

EPS板密度ρ=6 kg/m3時(shí)，K隨EPS板厚度t變化關(guān)系的擬合表達(dá)式為

(5)

EPS板厚度t=4 cm時(shí)，K隨EPS板密度ρ的變化關(guān)系擬合表達(dá)式為

K=0.467+0.015ρ

(6)

利用多項(xiàng)式擬合EPS靜止土壓力減壓系數(shù)K關(guān)于密度ρ和厚度t的變化關(guān)系為

K=0.423+0.121ρ-0.135t-0.009ρ2-

0.008ρt+0.035t2-0.003t3

(7)

根據(jù)式(5)可得出K隨EPS板厚度t的變化曲線，如圖17所示。由圖17可以看出：EPS板密度一定時(shí)，K均隨板厚t增大而減小。如密度為6 kg/m3的EPS板板厚為1 cm時(shí)K值為0.712，板厚為6 cm時(shí)K值減小為0.547；其減小趨勢(shì)呈非線性，隨板厚t增加，在EPS板厚達(dá)到5 cm后，K值減小的趨勢(shì)明顯減緩。

圖17 K隨EPS板厚度t變化曲線Fig.17 Variation in K with EPS board thickness t

這表明增大EPS板厚雖然能提高減壓效果，但并非每單位厚度的EPS板都發(fā)揮了相同程度的減壓作用，即部分EPS材料未能充分發(fā)揮作用。板厚增加到一定程度后，K值不會(huì)再有明顯減小，但此時(shí)EPS板的壓縮量仍在不斷增大，故在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益和土體變形允許范圍選擇合適厚度的EPS板。由于EPS板壓縮量可視為擋土墻位移，擋土墻主動(dòng)土壓力隨擋土墻位移的增大而減小。根據(jù)上述分析，墻高H為0.48 m時(shí)，EPS板厚達(dá)到5 cm即為較佳狀態(tài)，即EPS板厚達(dá)到0.1H即可獲得最佳減壓效果，此時(shí)，EPS板的平均壓縮量約為0.000 1H。

不同EPS板厚度工況下，K隨EPS板密度ρ的變化曲線如圖18所示。由圖18可以看出：EPS板厚度一定時(shí)，K均隨密度ρ減小而減小，板厚為4 cm的EPS板密度為15 kg/m3時(shí)，K值為0.708，密度為6 kg/m3時(shí)，K值減小為0.565，且K值隨密度ρ減小而減小的趨勢(shì)大致呈線性，這與式(6)反映的變化規(guī)律一致。進(jìn)一步證實(shí)了較低密度的EPS板能發(fā)揮較大的減壓作用。K值越小，表明EPS的減壓效果越好。K值最小值約為0.5，此時(shí)靜止土壓力僅為無(wú)EPS時(shí)的1/2，可見(jiàn)將EPS應(yīng)用于擋土墻減壓的研究極具價(jià)值。

圖18 K隨EPS板密度ρ變化曲線Fig.18 Variation in K with EPS board density ρ

4 結(jié)論

為探究擋土墻后EPS板的減壓性能，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和FLAC3D數(shù)值模擬對(duì)鋪設(shè)EPS板的擋土墻墻背土壓力進(jìn)行了研究，得到以下主要結(jié)論：

1)擋土墻模型箱試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果均表明：有EPS工況下呈現(xiàn)出墻體中部土壓力強(qiáng)度大，墻頂、墻踵處小的分布規(guī)律，這是由于EPS板產(chǎn)生的壓縮量可視作擋墻移動(dòng)；隨著EPS彈性模量E減小，EPS材料的減壓效果會(huì)增加；隨著EPS板厚t增加，EPS材料的減壓性能會(huì)提高；施加的外荷載越大，EPS的減壓效果越好。

2)依托模型箱試驗(yàn)進(jìn)行的數(shù)值模擬結(jié)果表明：EPS板沿墻高的壓縮量與土壓力強(qiáng)度分布情況一致，且EPS彈性模量E越小，板厚t越大，壓縮量就越大。

3)根據(jù)模擬結(jié)果，擬合出試驗(yàn)土體的EPS靜止土壓力減壓系數(shù)K關(guān)于EPS密度和厚度的計(jì)算公式，結(jié)果表明：K值隨著密度ρ減小而減小，且變化趨勢(shì)接近于線性；K值隨著板厚t增大而減小，但隨板厚t增加，K值減小的趨勢(shì)明顯減緩。EPS板厚達(dá)到0.1H可獲得最佳減壓效果。