柔性擋土結構的發展概述

【摘 要】 柔性擋土結構是一種有效的結構支護體系，本文主要是對柔性擋土結構的作用，國內外研究現狀，研究方式等作了簡要分析，希望能為以后的類似工程提供一定的理論基礎。

【關鍵詞】 柔性擋土墻；發展；研究現狀

一、前言

巖土工程中，圍護樁支護結構、地下連續墻、錨定板式擋土墻、鋼板樁和拉錨樁等都是重要的柔性支擋結構形式。在實際工程中，支擋結構上土壓力的確定是支擋結構設計的重要內容，準確的土壓力計算，有利于結構的穩定性和安全性，也有利于降低工程造價。

二、研究現狀

徐日慶、陳頁開等（2002）通過自制的試驗模型箱，研究了砂土在不同變位情況下，即墻體的平動（T模式）、繞墻頂上某點轉動（RTT模式）和繞墻底下某點轉動（RTB模式），得出剛性擋墻被動土壓力的試驗結果，最后分析了不同變位條件下被動土壓力的變化規律。

Fang和Chen等（1994）進行了剛性擋墻關于繞墻頂某點和繞墻底某點被動轉動的試驗模型。試驗結果發現，如果轉動點的位置靠近墻體，則墻后土壓力的合力大小及作用點高度等受轉動點位置的影響很顯著。但若轉動點位置離墻體自身有一定距離，則土壓力分布形式就接近于平動狀態下的被動土壓力分布，墻后各點土體隨著墻體轉動幾乎同時進入極限狀態。

周應英和任美龍（1990）不僅對砂性填料，還對粘性填料在剛性擋墻不同運動模式下進行了模型試驗研究。試驗發現兩種性質的填料在主動狀態下的土壓力分布形式是相近的，但勃性填土在靜止狀態下就呈現出非線性，認為這可能是由于土的相對下沉而引起的土拱作用所致。

姚輝和王浩芬（1988）進行了平板即無卸荷板、帶0.15m、0.2lm和0.3lm長卸荷板共四種情況的剛性擋墻主動土壓力試驗研究。研究認為卸荷板的卸荷效應非常明顯，卸荷板越長，卸荷作用越明顯。當無卸荷板時，墻后土壓力分布上部呈直線，下部呈拋物線分布。

顧慰慈等（1988）進行了擋土墻墻背填土中滑裂體形狀的試驗研究。試驗認為，擋土墻背面填土中的滑裂體，是擋土墻面、平衡拱和滑動面三部分所包圍的部分土體。滑裂體的形狀隨擋土墻的長高比而變化。當擋墻為無限長墻時，滑裂土體的形狀逐漸接近三角形楔體。滑裂體的滑動面基本上是一條指數曲線，在水平剖面上它平行于墻面，因此是軸對稱的。

陳頁開（2001）編制了計算程序EPRESS.F90，對剛性擋土墻在RTT、RTB和T變位模式下的主被動土壓力分布進行了研究。數值模型基于平面假定，用增量初應力迭代法求解彈塑性問題，土體采用Mohr-Coufomb彈塑性模型，接觸面采用無厚度的Goodman單元，接觸面本構模型采用彈塑性模型，與初應力迭代形成雙重迭代。

王元戰等（2005）增加對了三角形土楔體中土體微單元的力矩平衡條件的考慮，給出了主動土從側壓力系數的計算公式。并認為土側壓力系數是填土內摩擦角和填土與墻背之間的摩擦角的函數，其值介于主動土壓力系數和靜止土壓力系數之間。

徐日慶、龔慈等（2005）針對平動模式下的剛性擋土墻，研究了考慮平動位移效應的非極限狀態土壓力計算理論。考慮墻體平動位移對墻后填土內摩擦角及墻土接觸面上外摩擦角的影響，建立了內外摩擦角與位移之間的公式。對平動未達到極限位移的擋土墻，結合位移與摩擦角之間的關系，分析了最不利情況下墻后土楔體的受力情況，得到考慮位移效應的非極限狀態土壓力計算公式。

王元戰等（2003、2004）進一步考慮三角形土楔體中，土體微單元之間的摩擦相互作用，并分別對RB和RT變位模式下，該摩擦作用的方向進行了假定。從而得到了新的方程和新的土壓力分布形式。該方法能夠考慮剛性擋墻在RB和RT兩變位模式下的差異。

王保建、雄巨華等（2006）利用三維數值分析的方法，在考察計算范圍和邊界條件對計算結果產生的影響的基礎上，把圍護結構變形模式加以簡化，探討了不同的圍護結構變形模式對土壓力大小和分布的影響。

Hashash和Whlttle（2002）采用非線性有限模擬基坑開挖工程，用詳細的應力路徑解釋了粘土在地連墻上引起的土壓力的發展過程，并著重討論了開挖過程中引起的土拱效應。

朱百里，劉國彬 （1991）針對上海飽和軟粘土進行了一系列應力路徑試驗，采用修正劍橋模型進行分析。根據計算結果研究了基坑開挖時土中主應力比與應力路徑的變化規律，并對不同區域土體的應力路徑進行了對比。

徐日慶（2000）根據基坑開挖工程的特點，建立了考慮位移和時間效應的上壓力計算公式。其次，提出了考慮開挖影響土抗力計算式，然后在LBACK彈性地基梁有限元計算程序的基礎上，采用考慮位移和時間效應的土壓力計算公式對土壓力計算程序進行了修改以及對參數反演部分作了相應的修改。最后，在實際工程中進行了實際計算和分析。

陳開頁等（2001）用指數函數來描述作用于基坑柔性墻上土壓力與墻體變位的相互關系，分析非極限狀態下的土壓力的分布規律，并將這其應用到改進的彈基梁中，提出基坑工程柔性擋墻土壓力的計算方法。

Lesniewska和Mroz（2001）對前人試驗中開挖作用引起剪切帶形成的一般規律進行了研究。研究同樣采用庫侖理論中的土楔體為基本模型，并假定土體參數在變形過程中是變化的，能成功地預測懸臂板墻后土體在開挖作用下形成的三道剪切帶的位置。

三、柔性擋土墻結構的研究

柔性擋土結構達到穩定狀態前，土壓力的分布的形成是一個動態的過程，也即土與結構相互作用的過程。這一過程不僅與土體特性有關，還與結構的強度特性、結構支護形式等因素有關。目前，對柔性支護結構還沒有完整的理論計算方法，只能采用相對合理的簡化條件，進行近似分析。當然，具有強大模擬分析能力的有限元法已是如今發展的一個必然趨勢，但考慮各個影響因素的數值模型的建立還不具有工程普遍意義。

結合支護邊界條件，柔性擋土結構同土體相互作用的過程，可以簡化為幾個典型變位模式。對這些典型變位模式下土壓力分布的研究，有助于對柔性擋土結構問題的認識，鼓形變位模式就是其中重要的一種。例如，在基坑工程中，排樁或地連墻如果其下端插入土體中足夠深度，便可近似認為此處擋土結構的位移量為零，擋土結構的工作狀態為彈性嵌固；而擋土結構上端往往設有一道或多道水平向支撐系統，從而獲得水平向位移的約束。在忽略支撐系統水平向受壓的前提下，也可近似假定該處擋土結構的位移為零。對于拉錨樁擋土結構，上端水平向位移的約束作用則是由錨桿的拉力提供的。這樣，隨著土體的開挖，擋土結構的變位模式便可近似為鼓形變位。

四、結束語

我們只有充分了解了柔性擋土結構的研究現狀，發展狀況，才能更好的做好柔性擋土結構的研究，從根本上利于結構的設計。

參考文獻

[1] 趙占廠，楊虹，謝永利.金華大廈基坑工程支護系統的數值分析[J].巖石力學與工程學報.2004（07）

[2] 高文華，沈蒲生，彭良忠.基坑工程的發展現狀與展望[J].湘潭礦業學院學報.1999（04）

[3] 謝曉紅，蔣青光，王佳亮.樁錨和土釘在基坑支護中的應用[J].西部探礦工程.2010（07）

作者簡介

陳宏，男，（1969-），建筑與土木工程研究生，高級工程師，教授級高級經濟師，高級職業經理人，地產公司工程副總經理。