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(yàn)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(guò)模型試驗(yàn)，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(zhǎng)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(duì)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(yàn)，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(jià)上具有優(yōu)勢(shì)。1965年,法國(guó)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(duì)滑動(dòng)而使筋帶被拔出——通常發(fā)生在周?chē)鷫毫^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?chē)鷫毫^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(jì)

為研究方便，試驗(yàn)在砂箱中進(jìn)行(見(jiàn)圖1)。砂箱尺寸(長(zhǎng)×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(guò)程為：在墻后填土前，在標(biāo)準(zhǔn)紙板后放置厚15mm、可移動(dòng)的膠合板以保持填土過(guò)程擋墻穩(wěn)定，待筋條與紙板粘貼好后，在填土過(guò)程中根據(jù)加筋位置在土中埋入筋條。填土完成后，移開(kāi)膠合板，觀察擋墻穩(wěn)定性。通過(guò)在擋墻填土面載加荷，分析加筋方案對(duì)擋墻穩(wěn)定性影響。

試驗(yàn)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(yàn)方案及結(jié)果

表1　試驗(yàn)方案及結(jié)果

共進(jìn)行了三組試驗(yàn)，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(jiàn)圖2。三組方案筋條布置參數(shù)見(jiàn)表1。表1中擋墻穩(wěn)定性分析參考文獻(xiàn)[3]進(jìn)行。

試驗(yàn)1，當(dāng)填土面加載至25kg附加荷載時(shí)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?yàn)椋阂罁?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(kāi)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(shí)第5層筋帶還未來(lái)得及斷裂。

試驗(yàn)2，加載至20kg附加荷載時(shí)整個(gè)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?yàn)椋河蓛?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(yàn)3，加載至150kg時(shí)，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?yàn)椋赫w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?yàn)楸敬卧囼?yàn)通過(guò)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(dòng)土壓力系數(shù)減小，一定高度內(nèi)主動(dòng)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(guò)增加筋帶寬度實(shí)現(xiàn)。對(duì)比1，2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在兩次試驗(yàn)所用筋帶總面積相同(500cm2)，承受荷載相同的情況下，試驗(yàn)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?yàn)在不改變第3層長(zhǎng)度的前提下，將其寬度增加至7mm，第3層筋帶全部完好無(wú)損。通過(guò)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(guò)對(duì)比兩次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，減少第1層筋帶寬度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯影響，說(shuō)明下部筋帶承受的拉力較大，對(duì)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(zhǎng)度。依據(jù)試驗(yàn)可得增加筋帶長(zhǎng)度有利于提高筋帶的抗拔穩(wěn)定性。這是因?yàn)榧咏顡跬翂顜У拈L(zhǎng)度除需要滿足滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度的要求外，需要依據(jù)其所受的土壓力計(jì)算穩(wěn)定區(qū)的長(zhǎng)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(zhǎng)度為L(zhǎng)ai，筋帶寬度為b,因?yàn)榻顜舷卤砻婢峁┠Σ亮?，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(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，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(yàn)證筋帶的水平間距對(duì)加筋擋土墻穩(wěn)定性的影響，利用理正巖土軟件對(duì)同一設(shè)計(jì)方案采用不同的水平間距對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)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(kù)侖合力法來(lái)解釋?zhuān)摲椒▽⒓咏钔烈暈槟Σ铃^固系統(tǒng)，考慮滑動(dòng)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(dòng)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(huì)提高其抗拔穩(wěn)定性，但應(yīng)避免間距過(guò)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(dòng)，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(duì)提高加筋復(fù)合體承載力有顯著影響。

模型試驗(yàn)表明，增加筋帶長(zhǎng)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(huì)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(guó)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(xiàng)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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