生態景觀加筋材料擋土結構研究現狀與展望

師新業，陳志偉，高逸成

（1.浙江省工程勘察院，浙江　寧波　315000；2.中船第九設計研究院工程有限公司，上?！?00000； 3.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術研究中心，上?！?00000）

生態景觀加筋材料擋土結構研究現狀與展望

師新業1，陳志偉2，3，高逸成2，3

（1.浙江省工程勘察院，浙江寧波315000；2.中船第九設計研究院工程有限公司，上海200000； 3.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術研究中心，上海200000）

主要論述了生態景觀擋土結構的工程應用發展歷史、結構特色、結構形態和研究意義，重點介紹了生態景觀擋土結構研究進展，包括加筋土變形規律的研究、加筋擋土結構的模型試驗研究、加筋與砌塊及生態袋間的界面作用特性研究；在此基礎上總結了現有研究成果的主要結論，指出了現有景觀生態擋土結構的缺陷，分析了研究盲點并對該工藝進行了展望。

公路；生態景觀擋土結構；變形規律；研究進展；研究方向

近年來，景觀加筋擋土結構逐漸得到發展。中國也開始從國外引進這項技術，并應用于擋土墻工程中。江蘇、浙江、廣西等地隨著對城市規劃與景觀要求的提高，柔性護坡工藝被廣泛使用，并逐漸應用于生態水利工程（生態河畔、水土保持、水庫漲落帶復綠、濕地工程、湖岸和海岸工程等）、公路工程（路基邊坡、擋土墻工程、山體開挖邊坡、橋墩護坡、涵洞進出口“八字”墻、聲屏障、生態隔離帶、膨脹土邊坡、凍融地區邊坡等）、鐵路工程（路基邊坡、擋土墻工程、山體開挖邊坡、橋墩護坡、涵洞進出口“八字”墻、風景區生態邊坡等）、市政工程（山體復綠、城市中心生態河岸、公園湖岸、垃圾掩埋場、礦山復綠、高爾夫球場、屋頂綠化、園藝景觀墻、鹽堿地邊坡等）、房地產（人工景觀河道、住宅區邊坡、親水擋土墻、屋頂綠化等）和其他工程（坡體坍塌緊急處理、沙漠綠化、自然保護區、河湖海岸防護堤岸、軍事工事、彈藥儲存點、防洪墻、生態垂直墻、已有硬體結構面的生態復綠）中。但還缺乏完整的設計施工規范、產品質量規范、檢測方法和結構穩定機理分析等標準，需結合工程建設進行研究和推廣。

1　景觀加筋擋土結構發展及研究意義

1.1景觀加筋擋土結構的發展

生態景觀加筋擋土結構作為一種新興并迅速發展的技術，主要分為砼砌塊擋土結構和綠維抗老化生態袋擋土結構兩種形式。與傳統剛性擋土結構相比，生態景觀加筋擋土結構的柔性擋土和加筋柔性擋土結構對地基承載力要求低，能充分利用并改良土體材料的變形和強度特性，對環境適應性高，既可減少開挖運輸，降低造價，又可進行綠化形成人造景觀，是工程與自然和諧共存的一種結構形式，在各種擋土結構工程和邊坡防護工程中具有廣闊的應用價值。

砼砌塊在1960年首先用作砼欄柵擋土結構系統，標志著現代砌塊擋土結構的誕生?，F代砌塊擋土結構是一種先進的符合建筑學原理的砼面層系統，塊體采用機械制造或鑄造成無筋砼塊。景觀砌塊擋土結構出現于1980年代，美國首先將該結構應用于實際工程中。1996年，北美已有10萬個擋土結構采用常規砌塊擋土結構或加筋砌塊擋土結構，其中25％為加筋砌塊擋土結構。自2003年開始，這種工廠制作的水泥鑄造砌塊產品在中國開始規?；a。砌塊外表面采用劈裂工藝形成粗糙的花崗巖表面形態，使砌塊擋土結構具有良好的外觀效果。在砌塊成型過程中，在填料內添加給定色調的礦石粉，使砌塊形成不同的色調，由于礦石粉具有高抗風化特性，砌塊擋土結構在運行過程中可以說永不褪色。在設計時若能注意擋土結構在走向方向的曲線形態，高度方向組成錯落有致的臺階，配合綠化，將產生優美的景觀效果。將這種在國內剛起步的擋土結構命名為景觀砌塊加筋擋土結構。該結構的視覺效果由仿花崗巖砌塊墻面和綠化景觀組成，圖1為其實例。

2000年后，以綠維抗老化生態袋作為擋土結構層面和護坡表面并在工程中得到應用，使不同坡度的擋土結構和邊坡工程成為統一綠色、抗沖蝕性好的新型結構。綠維抗老化生態袋是由聚丙烯（PP）或聚酯纖維（PET）為原材料制成的雙面熨燙針刺無紡布加工而成的袋子。在充分考慮材料力學、水利學、生物學、植物學等要求的前提下，對抗紫外生態袋的厚度、單位質量、物理力學性能、外形、纖維類型、受力方式、方向、幾何尺寸和透水性能及滿足植物生長的等效孔徑等指標進行嚴格篩選，具有抗紫外（UV）、抗老化、無毒、不助燃、裂口不延伸的特點，真正實現了零污染。主要應用于柔性生態邊坡建造，生態袋邊坡防護綠化，是荒山、礦山修復、高速公路邊坡綠化、河岸護坡、內河整治中的重要施工方法之一。圖2為其實例。

圖1　砌塊擋土結構效果

圖2　綠維生態護坡效果

在中國，加筋土技術研究和應用始于20世紀70年代中期，1978年在云南田壩貯煤場修建了第一座試驗性加筋土擋土墻，1980年在山西晉城—陵川公路上修建了第一座公路加筋土擋土墻。同時廣泛開展了加筋土技術研究，從理論研究、模型試驗和現場試驗到機理分析都取得了有益成果，使加筋土技術得到了推廣。

1.2景觀加筋擋土結構的研究意義

景觀加筋擋土結構和綠色護坡技術實現產業化后，在有效保護自然環境、促進產業發展和降低工程造價等方面具有突出效益。經測算，景觀加筋擋土結構的造價比漿砌和現澆砼擋土墻低25％～40％，還可帶動護坡結構發展，形成綠色砌塊護坡系統。

中國一些地區由于山區多，高速公路路堤普遍較高，若采用素填土路堤，邊坡坡度大多為1∶1.5 ～1∶2.0，當路堤高度達到15 m時，坡度還要放緩才能保證路堤穩定。較緩的坡比意味著占用較多的土地，鑒于國土資源相對貧乏，增加坡度將可大大節省占用土地。同時，當邊坡綠化較差（特別是施工期和運行初期）或路堤填土抗沖刷能力較差時，邊坡沖刷較嚴重，甚至引起淺層滑坡。而在丘陵地帶和山區修建高速公路，由于周圍地形地貌和高速公路線路縱坡要求的限制，經常會碰到高填方路堤和深開挖路堤，在這種情況下，經常不可能按規范規定的邊坡比放坡。選擇經濟合理的路堤邊坡防護形式以保證高路堤和深路塹邊坡的穩定成為丘陵地帶和山區高速公路修建中迫切需要解決的問題?？v觀中國高速公路的建設發展，不論是東南沿海地區從節省耕地占用的角度出發，還是丘陵地帶和山區保證高路堤和深路塹邊坡穩定性的角度出發，都迫切需要研究新的經濟合理的路堤邊坡防護形式。

景觀加筋擋土結構將是增加路堤穩定性和美化路堤邊坡的有效措施。該結構坡面可采用近于直立的形式，無論是用砌塊面板或生態袋防護，都具有很好的防沖刷能力和良好的景觀效果，在公路工程高填方路段采用這種擋土結構，可減少土地占用面積，增強邊坡的綠化、景觀效果，提高邊坡的穩定性。

2　景觀加筋擋土結構的優點

在土木、水利工程建設中經常使用擋土結構，其中重力式擋土墻使用最為廣泛。按照建筑材料分類，重力式擋土墻使用最多的是干砌或漿砌塊石，也有現澆砼結構，因其造價較高，不能大量使用。干砌或漿砌塊石擋土墻由于是散體結構，抗剪和抗彎剛度低，通常體積大，對地基承載力和變形要求高，在土基上不能設計成高度大的擋土結構。近年來，由于環保要求不斷提高，開山挖石受到越來越嚴格的控制，干砌或漿砌塊石擋土墻造價不斷增加。

景觀加筋擋土結構克服傳統條石、干砌塊石、現澆砼等重力式擋土結構體積大、耗材多、對地基承載力要求高、外觀呆板等缺點，其外觀漂亮、柔性好、對地基承載力要求低、工廠生產使得質量易于保證、現場安裝規范簡單并具有很好的生態景觀效應。尤其是綠維生態護坡能依靠植物良好的根系使護坡具有一定的固土和抗沖能力，同時生態護坡具有造價低、能美化環境的獨特效果，在國外已得到廣泛應用，在國內也有一些應用。克服了原漿砌塊石護坡的呆板和生硬，使工程與自然統一；利用不同季節植物的形狀和顏色，可大大改善工程環境；避免采用非自然的材料，避免了二次環境污染；生態護坡滿足了人們的親水要求；因設置了多孔性構造，對生物的生長和水質起到了保護作用。綠維生態邊坡系統是集柔性結構、生態、環保和節能四位一體的建筑工程領域的一種高級形態，它使結構和生態綠化得到了一次性實現，為邊坡建設領域的生態環保建設提供了技術保證。

加筋景觀擋土結構和加筋邊坡是一種復合結構體系，由水平分層鋪設在填土中，加筋材料將土體改良成加筋土，利用加筋土的高抗剪強度和一定的抗拉強度形成穩定性好的不同坡度的邊坡工程，再將坡面形態漂亮的砼砌塊或生態袋裝土由加筋與加筋土連接成整體，形成一個整體擋土結構體系，由砌塊或生態袋裝填料和其后的加筋土層共同抵抗土壓力作用并保持結構穩定。

景觀加筋擋土結構與傳統干砌或漿砌塊石重力式擋土墻、現澆砼擋土墻等結構相比具有如下優點： 1）擋土結構本身重量輕。通過在預制砼塊中留孔的方法，使塊體的表觀重度控制在18～20 k N/m3，比巖石和現澆砼的重度低，基本上與壓實土的重度一致。2）塊體間具有相互咬合連接。預制塊間通過臺階、榫接等方式相互咬合，具有鎖定作用，增加了接觸面的剪切強度，從而提高了承擔土壓力的能力，并且這種設計好的咬合連接能夠適應較大變形。3）砌塊與墻后填土形成整體。通過墻體和墻后填土中分層鋪設的土工格柵形成的加筋連接，使砌塊與墻后填土形成整體結構，改善了擋土結構受力特性。兩層加筋之間的墻體砌塊僅承受兩層加筋之間的土壓力作用，該土壓力再由土工格柵加筋和加筋區土體的界面作用傳遞到加筋土區。4）砌塊外觀劈裂面為粗糙的花崗巖景觀形態，色調可根據工程整體自然環境效果調配，有幾十種顏色供設計人員選擇。顏色為自然巖石粉調和而成，具有抗風化能力強、在設計壽命期限內不褪色的特點。5）安裝快捷，施工速度快，質量控制和檢測系統完善，工程造價低。6）綠維生態邊坡系統排水更順暢，綠化更多樣，造型美觀、實用。7）邊坡結構穩定，維修方便，構件輕巧，能抵抗一定的變形和位移。8）采用節能環保材料，節約土地資源。9）可與剛性結構結合使用。10）耐久性好；友好的生態效應；美觀的整體效果；功能性好；施工方便；節約材料，經濟性好。

而傳統邊坡存在以下缺陷：1）傳統的硬體材料護坡。全部采用高污染、高能源消耗材料；不能綠化；破壞周圍自然環境；需設置的結構縫成了易損部位；施工周期長；需設置排水系統；邊坡需要“三通一平”的施工條件，在有些地方已列為限制使用的技術，如漿砌石邊坡、預制砼塊護坡等。擋土墻需要基礎結構，增加工程造價和施工難度；需大量模板，腳手架；造價高，如漿砌石擋土墻、鋼筋砼擋土墻等。2）傳統的綠化護坡。土層厚度小，一般不超過10 cm，達不到草本植物維持長久生態的最少土層厚度20 cm的要求；只能種草本，不能種植喬木、灌木；坡面要求很平順；抗沖蝕能力差，后期養護管理復雜；需專業機械配合施工；植被易退化死亡等。

3　景觀加筋擋土結構的形態

砌塊加筋擋土結構的面層為形態各異的砌塊，幾乎能滿足任何建設單位和設計者的審美要求，隨著審美觀的變化和力學性能研究的深入，不斷有新的砌塊形態專利申報和公開。圖3為美國砼協會出版的砌塊擋土結構設計手冊中介紹的各種形態的砌塊，圖4為砌塊加筋擋土結構的一種典型剖面形態，其中顯示了砌塊擋土墻的立面形態、分層加筋位置和筋材與砌塊面層間的連接等信息。

圖3　已研究或有潛力的砌塊形態

圖4　砌塊加筋擋土結構的典型剖面

生態加筋擋土結構的面層為不同尺寸的生態袋組成，一般一項工程可采用一種生態袋或幾種生態袋，綠維抗老化生態袋是由聚丙烯或聚酯纖維為原材料制成的雙面熨燙針刺無紡布加工而成的袋子（見圖5），常見生態袋的袋型及規格表1。

圖5　生態袋的形狀

表1　常見生態袋的袋型及規格

圖6為生態袋加筋擋土結構的一種典型剖面形態，亦稱為復合穩定的生態加筋土擋墻（復合穩定的生態邊坡+加筋格柵=復合穩定的生態加筋土擋墻），其中顯示了生態袋擋土墻的立面形態、分層加筋位置和筋材與生態袋層間的連接等信息。

圖6　生態袋擋土結構剖面圖

4　景觀擋土結構的研究進展

國內外針對加筋景觀擋土結構和綠色護坡技術進行了較系統的研究，主要集中在加筋土變形規律、加筋擋土結構模型試驗和加筋與砌塊（生態袋）間的相互作用等方面。

4.1加筋土變形規律研究

對加筋土變形規律的研究采用3種分析方法： 1）將加筋土分成兩種性質不同的材料即土和筋材，兩者通過界面相互作用，在計算中引入接觸面單元，稱為分離式方法。該分析方法的研究重點是加筋與填土間的界面作用特性。2）將加筋土體看成一種宏觀上均勻的復合材料，土與筋材間相互作用表現為內力而不須考慮，稱為復合式方法。該分析方法的研究重點是加筋土作為復合材料的本構關系。3）將筋材的作用當成一個附加的壓應力作用在加筋土的土骨架上，取加筋土中的土體進行計算，稱為等效附加應力法。該法在如何實現不斷變化的附加應力等效方面難度較大，目前應用并不廣泛。下面分述前兩種方法的研究進展。

分離式方法的研究重點是加筋與填土間的界面作用特性，主要通過界面作用特性試驗和數值模擬進行研究。筋土界面作用特性試驗主要有直剪試驗和拉拔試驗。文獻［10]～［15]通過拉拔試驗研究了土工格柵與填土界面間的作用特性的機理；文獻［16]研究了拉拔試驗盒的尺寸和其他因素對土工格柵與填土界面間拉拔試驗結果的影響；文獻［17]利用X射線研究了拉拔試驗過程中填土和加筋材料的位移及土工織物的剛度、錨固長度、法向應力、填土種類對筋土界面作用特性的影響；文獻［18]通過室內拉拔試驗研究了鍍鋅鐵帶和砼板兩種加筋材料與粉煤灰間的界面作用特性，分析了加筋材料與粉煤灰界面間的摩擦系數隨拔出位移、筋條剛度和埋深、粉煤灰的含水率和密實度及壓實初應力的變化規律；文獻［19]通過室內和現場拉拔試驗研究了土工格柵與無黏性填土間的界面作用特性，提出了確定界面摩阻力的兩種方法，即修正的過程控制法和平均摩阻力法，這兩種方法確定的界面作用參數分別適用于有限元分析和極限平衡分析；文獻［20]研究了單調和循環拉拔力作用下加筋與填土間的界面作用特性；文獻［21]通過現場拉拔試驗研究了土工織物與填土界面間的作用特性；文獻［22]通過直剪試驗研究了無紡土工織物和編織土工織物與均勻中砂間的界面作用特性；文獻［23]通過試驗研究，發現土工帶、土工布、土工網、土工格柵等筋材與中砂界面間存在一個臨界摩阻強度，拔出荷載小于臨界摩阻強度時摩阻強度隨法向荷載的增大而線性增大，拔出荷載大于臨界摩阻強度時摩阻強度隨上覆法向壓力的增大不明顯，此后筋材被拔出或拔斷；文獻［24]研究了土工格柵的縱肋和橫肋對其與填土界面間作用特性的影響；文獻［25]研究了拉拔試驗盒前擋板剛度、加筋材料剛度、法向應力和填料密度對加筋與填土界面間作用特性的影響；文獻［26]、［27]以5種不同種類國產土工合成材料為加筋材料，以砂和石灰粉煤灰為填料，通過拉拔試驗和直剪試驗比較了各種土工合成材料與填料的界面作用特性；文獻［28]通過試驗，發現筋材與填料間的界面是軟弱滑動面；文獻［29]以國內外關于筋土界面參數測試儀器和方法的研究為基礎，結合加筋土邊坡和地基中筋土界面相互作用特征，歸納總結了加筋土界面相互作用參數測試方法合理選擇的原則；文獻［30]從試驗加載方式、拉拔箱側壁邊界效應和尺寸效應、填料厚度和壓實度及筋材夾持情況等方面分析了影響拉拔試驗的主要因素；文獻［31]研究了超固結作用對砂土與土工膜間界面作用特性的影響，發現砂土與土工膜間界面的峰值摩擦系數隨著超固結作用的增加而增大，但殘余摩擦系數基本不變；文獻［32]、［33]通過拉拔試驗，研究了土工格柵的結構和剛度、在填土中的埋設長度及法向應力對土工格柵與粒狀填土界面間作用特性的影響，并提出了確定峰值和殘余抗拔力的理論計算公式；文獻［34]、［35]通過試驗，發現在較低法向應力作用下，玻璃纖維雙向土工格柵與土界面間的破壞形式為土工格柵的整體被拔出破壞，但當法向應力增加到一定值后，土工格柵與土界面間的破壞形式轉變為土工格柵的縱肋被拔出破壞，土工格柵和土體界面間的表觀摩擦角和表觀粘著力均隨著土體含水率的增加而降低，土工格柵與土體界面間的破壞形式由土工格柵的整體被拔出破壞轉變為縱肋被拔出破壞時對應的法向應力隨著土體含水率的增加而增大。在數值模擬方面，文獻［21]、［36]～［37]采用切向剛度系數隨應力水平變化的雙曲線模型模擬了筋土間的接觸特性；文獻［39]采用兩節點接觸單元模擬了筋土間的接觸特性；文獻［40]利用ANSYS軟件中的面-面接觸模型模擬了筋土間的接觸特性；文獻［41]～［43]利用FLAC軟件中的接觸面模型模擬了筋土間的接觸特性；文獻［44]利用彈塑性模型模擬了土與土工格柵的相互作用。

復合式方法將加筋體和土體作為一種復合材料，研究重點是加筋土作為復合材料的本構關系，主要通過三軸試驗和數值模擬進行研究。在加筋土的三軸試驗方面，文獻［45]通過三軸不排水壓縮試驗，發現強透水性加筋材料可提高黏土的不排水強度，低透水性加筋材料可降低黏土的不排水強度。文獻［46]通過試驗，發現拉力破壞條件下加筋僅提高粉煤灰的粘聚力；粘著破壞條件下，加筋不僅可提高粉煤灰的粘聚力，還可顯著提高粉煤灰的內摩擦角。文獻［47]通過三軸固結不排水和固結排水壓縮試驗，發現土工網加筋可提高黏土的強度，且這種差別隨著加筋層數的增加而增大；在不排水條件下，加筋通過提高加筋土的粘聚力提高加筋土的抗剪強度；在排水條件下，加筋通過提高加筋土的內摩擦角提高加筋土的抗剪強度。文獻［48]通過加筋黃土的三軸壓縮試驗，發現加筋黃土的強度隨加筋層數增多而提高，且呈非線性關系。文獻［49]通過三軸壓縮試驗，發現無紡土工織物、雙向土工格柵和土工網加筋砂土的破壞由砂土破壞控制；經編土工格柵和玻璃纖維土工格柵加筋砂土破壞由加筋縱、橫向筋條結點的抗剪強度控制。文獻［50]、［51]通過大三軸試驗，研究了不同結構筋材（條帶式、雙向垂直條帶式和網）的加筋土的應力應變關系，建議用雙曲線模型作為復合加筋土的本構模型。文獻［52]通過對加筋土靜三軸試驗結果的規格化處理分析，發現在加筋土受力過程中存在一個加筋材料發揮作用的臨界應變，其大小與圍壓、加筋層數、土性等有關。文獻［53]通過三軸壓縮試驗，發現并不是加筋層數越多越有利于土體的穩定，而是表現為加筋土的強度與布筋位置和間距有一定的關系。文獻［54]、［55]研究發現立體加筋砂土的強度隨豎向筋的高度增加而增大；立體加筋不僅能提高砂土的粘聚力，也能增加砂土的內摩擦角，尤其是雙側立體加筋砂土；在豎向筋總高度相同時，雙側立體加筋形式比單側立體加筋更能有效提高砂土的強度，并在試驗的基礎上利用極限平衡理論建立了雙層立體加筋土的強度模型。在本構模型方面，文獻［57]利用Klivin的粘彈性模型得出了一個比較接近于工程實際的本構方程；文獻［58]基于均質橫觀各向同性的概念，建立了加筋土的非線性模型；文獻［59]將加筋復合土體視為一種近似的橫觀各向同性體，引入摩擦等效附加應力的概念來模擬土與加筋體之間復雜的界面作用，得到了加筋復合土體的本構關系；文獻［60]用均質化的方法建立了加筋土的彈塑性模型；文獻［61]采用均質化的方法建立了加筋土的多相模型。

4.2加筋擋土結構的模型試驗研究

文獻［67]通過室內試驗發現，隨著加筋長度的增加，墻面土壓力明顯減小，加筋拉力顯著增大；當其他條件一定時，拉筋的彈性模量越大越能有效減小墻面土壓力。文獻［68]通過試驗和數值模擬，發現加筋土擋墻的土壓力小于各種理論的主動土壓力。文獻［69]通過現場試驗和非線性有限元計算，發現加筋土擋墻面板后的土壓力變化隨覆土深度的增加呈現先快后慢的特性，其分布呈拋物線形，文獻［70]通過離心模型試驗也得出了類似結論。文獻［71]通過對加筋土擋墻大型模型試驗土壓力測試結果的分析，提出加筋土擋墻的土壓力系數應區分為填土自重土壓力系數和超載土壓力系數；自重土壓力系數在墻頂為主動土壓力系數，至墻底為靜止土壓力系數，其間按直線規律變化；超載土壓力系數隨超載的大小而變化，它們沿墻高均近似取為常數。文獻［72]通過原型墻觀測和數值模擬，發現加筋土擋墻墻背的最大壓力發生在H/3處，其上、下壓力分別呈線性增加、減少。文獻［73]通過試驗，發現當加筋長度與墻高之比≥0.7時，加筋長度不會影響加筋的拉力；當加筋長度與墻高之比<0.7時，加筋的拉力隨著加筋長度的減小而增加；在加筋剛度、密度相同的情況下，加筋層數對擋墻穩定所需的總力幾乎沒有影響。文獻［74]通過復合加筋土擋墻的原型觀測，發現各層拉筋拉力沿筋長方向呈波浪狀，出現2個或多個峰值。文獻［75]通過對加筋砌塊擋土結構的觀測，發現加筋之間的相互影響會導致上層加筋較大的水平變形。文獻［76]通過加筋風積沙擋墻離心模型試驗研究，發現同一加筋層拉應變呈中部大、兩端小的分布形式；與無加筋擋墻相比，加筋后回填區抗剪強度被動用的土體范圍增大，但并非隨加筋層加密而呈線性增大；回填區抗剪強度被動用的土體范圍呈倒三角形。

文獻［77]通過模型試驗，發現加筋土擋墻面板的位移主要受筋材剛度和筋材長度影響。文獻［78]通過模型試驗，研究了加筋磚面板擋土墻的破壞模式，發現即使很短的加筋長度也可大幅度提高磚面板擋土墻的承載能力。文獻［79]通過數值模擬，發現影響連續面板加筋擋土墻水平變形的主要因素是筋材剛度和填土的內摩擦角。文獻［80]通過試驗，發現加筋土擋墻的變形和破壞面形式與所采用的加筋材料的剛度有關。文獻［81]通過研究，發現當加筋擋土墻后填土為黏性土時，在其中可能會產生超靜孔隙水壓力，超靜孔壓的存在使土壓力的大小及分布、潛在滑裂面的位置都有所改變。文獻［82]通過大型模型試驗，發現具有上覆荷載的加筋土結構存在兩組潛在的滑動破裂面。

綜上所述，現有關于加筋與填土間界面作用特性的研究都是針對不同的土體和加筋材料進行的，其結果雖然能解釋加筋土體的一些力學特性，但還沒有一個適用于加筋土體的公認的筋土界面模型。國內外加筋土擋墻破壞實例表明，絕大部分加筋土擋墻破壞是在降雨期間或降雨后發生的，主要原因在于降雨入滲造成填土含水率增加，加筋與填土間的界面強度降低，而現有研究結果很少考慮含水率變化對加筋與填土間界面作用特性的影響。采用復合式方法研究加筋土的本構關系時，現有成果中大部分資料來源于加筋土小三軸試驗結果，沒有考慮試樣的尺寸效應。關于加筋土擋墻的模型試驗主要針對連續面板式加筋土擋墻，關于面板為砌塊式的加筋土擋墻的研究則很少。

4.3加筋與砌塊及生態袋間的界面作用特性研究

加筋景觀擋土結構墻面板砌塊與筋帶之間采用摩擦連接，如果加筋與墻面板砌塊之間的摩擦力小于墻面板所受的墻背土壓力，加筋與墻面板砌塊之間會發生相對滑動，破壞整個加筋土擋墻的穩定，造成整個工程失敗。但現有研究對于加筋與墻面板的連接強度涉及甚少。國外進行的類似研究主要針對纖維加筋砼中纖維與砼界面間的作用特性，如文獻［62]通過拉拔試驗，研究了聚丙烯纖維在水泥體中的埋入長度和纖維表面粗糙度對其與水泥體間連接強度的影響。國內有少數學者進行了加筋砌塊擋土結構的砌塊與加筋間界面作用特性的試驗研究，如文獻［63]通過拉拔試驗研究了模塊加筋土擋墻中模塊與土工格柵連接強度特性，結果表明連接強度的大小與連接的構造形式及格柵強度有關；文獻［64]通過直剪試驗研究了模塊式加筋土擋墻墻面板與土工格柵之間的摩擦性質，結果表明豎向壓應力與摩擦力及摩擦因數成對數關系；文獻［65]、［66]通過室內拉拔試驗，發現當豎向壓力較大時，雙向土工格柵會在其與上砌塊后緣互鎖連接接觸處被拉斷，且此時雙向土工格柵發揮出的抗拉強度遠小于其條帶拉伸情況下的抗拉強度，并從工程安全和充分發揮加筋材料抗拉強度的角度出發，建議在砌塊加筋擋土墻工程中選擇丙綸長絲機織土工布作為加筋材料。

5　結論及展望

（1）與傳統重力式擋土結構相比，生態景觀加筋擋土結構具有耐久性強、生態效應友好、整體效果美觀、施工方便、經濟、節約材料和工程用地、對地基要求低、能適應較大變形等諸多優勢。

（2）目前國內加筋擋土結構的加筋材料基本采用土工格柵，希望能開發研究并應用一些新型材料及不同材料的復合形式。

（3）各種加筋材料和不同土體界面作用特性研究有待進一步完善，為工程實踐提供借鑒和指導。

（4）通過研究砌塊間的互鎖形式及互鎖位置對砌塊與加筋連接強度的影響，設計結構合理的砌塊形態；通過對現有生態袋各種性能試驗的研究，發展新的生態袋形式和開發利用新材料生態袋并進一步合理改善生態袋之間的整體連接穩定，以便更好地應用于工程實踐。

（5）生態擋土結構面層的穩定性研究，即各種加筋材料在不同土體環境下與不同砼砌塊間界面作用特性研究和各種加筋材料在不同土體環境下與不同形式生態袋界面間作用特性研究需進一步完善，為工程實踐提供借鑒和指導。

（6）下雨或積水情況下，生態擋土結構體內地下水位上升，含水率變大，靜水壓力變大，會導致結構體面層破壞甚至整個工程破壞，對這方面的研究有待完善。同時應設計合理的排水方式，及時降低結構體的地下水位，減少結構體的含水率，進而保證工程安全。

（7）實際工程中生態景觀加筋擋土結構的破壞主要有外部穩定、內部穩定、面層局部穩定和整體穩定等破壞類型，在設計時要充分考慮各種破壞因素，適當增加安全系數。同時通過試驗和工程實踐進一步完善設計施工規范、產品質量規范、檢測方法和結構穩定機理分析等標準，以更好地結合工程建設進行研究和推廣。在具體工程中，應在綜合考慮加筋材料與砌塊間的連接強度、延伸率、抗老化性能和經濟性等的基礎上選擇合適的加筋材料和生態景觀擋土形式，并做好施工安全和工程監測，保證工程的順利進行。

［1］National Concrete Masonry Association.Design manual for segmental retaining walls［M].Second Edition.Herndon，Virginia，USA，2002.

［2］王錠一.自嵌式擋土墻的應用與研究［J].福建建設科技，2007（13）.

［3］Nelson N S Chou.Performance predictions of the colorado geotextile test walls［M].Geosynthetic Reinforced Soil Retaining Wal1，1992.

［4］Harrison W J，Gerrard G M.Elastic theory applied to reinforced earth［J].Journal of Soil Mechanics and Foundations Division，1972，98（12）.

［5］Yang Z.Strength and deformation characteristics of reinforced sand［D].The University of California，1972.

［6］Donald H Gray，Talal AI-Refeai.Behavoir of fabricversus fiber-reinforced sand［J].Journal of Geotechnical Engineering，1986，112（8）.

［7］李廣信，陳輪，蔡飛.加筋土體應力變形計算的新途徑［J].巖土工程學報，1994，16（3）.

［8］介玉新，李廣信.加筋土數值計算的等效附加應力法［J].巖土工程學報，1999，21（5）.

［9］王振武，張孟喜.加筋砂三軸試驗的有限元模擬［J].工業建筑，2006，36（增刊）.

［10］Jewell R A.Some effects of reinforcement on the mechanical behaviour of soil［D].Cambridge University， 1980.

［11］Ingold T S.Laboratory of pull-out testing of geogrid reinforcements in sand［J].Geotechnical Testing Journal，1983，6（3）.

［12］Hayashi S，Yamanouchi T，Ochiai H，et al.Mechanism of pullout resistance of polymer grids in soils ［J].Tsuchi-to-kiso，JSSMFE，1985，33.

［13］Johnston R S.Pull-out testing of tensar geogrids［D].The University of California，1985.

［14］Rowe R K，Ho S K，Fisher D G.Determination of soil-geotextile interface strength properties［A].Second Canadian Symposium on Geotextiles［C].1985.

［15］Koerner B.Direct shear/pull-out tests on geogrids ［R].Department of Civil Engineering，Drexel University，USA，1986.

［16］Palmeira E M，Milligan W E G.Scale and other factors affecting the results of pull-out tests of grids buried in sand［J].Geotechnique，1989，39（3）.

［17］M Kharchafi，M Dysli.Study of soil-geotextile interaction by an X-ray method［J].Geotextiles and Geomembranes，1993，11（4）.

［18］岳祖潤，趙維鈞，張興明，等.粉煤灰中的筋條拉拔試驗［J].石家莊鐵道學院學報，1994，7（2）.

［19］Hidetoshi Ochiai，Jun Otani，Shigenori Hayashi，et al.The pull-out resistance of geogrids in reinforced soil ［J].Geotextiles and Geomembranes，1996，14（1）.

［20］D M Raju，R J Fannin.Load-strain-displacement response of geosythetics in monotonic and cyclic pullout［J].Canadian Geotechnical Journal，1998，35（2）.

［21］Reda M Bakeer，Ahmed H Abdel-Rahman，Phillip J.Napolitano geotextile friction mobilization during field pullout test［J].Geotextiles and Geomembranes， 1998，16（2）.

［22］K M Lee，V R Manjunath.Soil-geotextile interface friction by direct shear tests［J].Canadian Geotechnical Journal，2000，37（1）.

［23］楊果林，王永和.加筋土筋材拉拔試驗研究［J].煤炭學報，2000，25（1）.

［24］A M N Alagiyawanna，M Sugimoto，S Sato，et al.Influence of longitudinal and transverse members on geogrid pullout behavior during deformation［J].Geotextiles and Geomembranes，2001，19（8）.

［25］M Sugimoto，A M N Alagiyawanna，K Kadoguchi.Influence of rigid and flexible face on geogrid pullout tests［J].Geotextiles and Geomembranes，2001，19 （5）.

［26］吳景海，陳環，王玲娟，等.土工合成材料與土界面作用特性的研究［J].巖土工程學報，2001，23（1）.

［27］吳景海.土工合成材料界面作用特性的拉拔試驗研究［J].巖土力學，2006，27（4）.

［28］施有志，馬時冬.土工格柵的界面特性試驗［J].巖土力學，2003，24（2）.

［29］徐林榮.筋土界面參數測試方法合理選擇研究［J].巖土力學，2003，24（3）.

［30］楊廣慶，李廣信，張保儉.土工格柵界面摩擦特性試驗研究［J].巖土工程學報，2006，28（8）.

［31］J T DeJong，Z J Westgate.Role of overconsolidation on sand-geomembrane interface response and material damage evolution［J].Geotextiles and Geomembranes，2005，23（6）.

［32］Nicola Moraci，Piergiorgio Recalcat.Factors affecting the pullout behaviour of extruded geogrids embedded in a compacted granular soil［J].Geotextiles and Geomembranes，2006，24（2）.

［33］Nicola Moraci，Domenico Gioffrè.A simple method to evaluate the pullout resistance of extruded geogrids embedded in a compacted granular soil［J].Geotextiles and Geomembranes，2006，24（2）.

［34］張文慧，王保田，張福海，等.雙向土工格柵與粘土界面作用特性試驗研究［J].巖土力學，2007，28（5）.

［35］張文慧，王保田，張福海，等.含水率對經編土工格柵與土界面作用特性的影響［J].中南公路工程，2007， 32（3）.

［36］閆澍旺，Ben Barr.土工格柵與土相互作用的有限元分析［J].巖土工程學報，1997，19（6）.

［37］石名磊，鄧學鈞，江瑞齡，等.加筋粉煤灰高支擋結構有限元分析［J].東南大學學報，1998，28（6）.

［38］顧士坦，程衛國，李文，等.自嵌式景觀加筋擋土墻的特點及工程應用［J].探礦工程：巖土鉆掘工程，2009 （10）.

［39］張克.土工格柵加筋砂土地基性能的模型試驗研究及有限元分析［D].大連：大連理工大學，2004.

［40］何友芳.土工格柵與細粒尾礦界面作用特性試驗研究及數值分析［D].重慶：重慶大學，2005.

［41］Chairat Teerawattanasuk，Dennes T Bergado，Warat Kongkitkul.Analytical and numerical modeling of pullout capacity and interaction between hexagonal wire mesh and silty sand backfill under an in-soil pullout test［J].Canadian Geotechnical Journal，2003，40（5）.

［42］Kianoosh Hatami，Richard J Bathurst.Development and verification of a numerical model for the analysis of geosynthetic-reinforced soil segmental walls under working stress conditions［J].Canadian Geotechnical Journal，2005，42（4）.

［43］王峰.土工合成材料在斜坡高填方路堤中的應用研究［D].長沙：中南大學，2008.

［44］R Kerry Rowe，Graeme D Skinner.Numerical analysis of geosynthetic reinforced retaining wall constructed on a layered soil foundation［J].Geotextiles and Geomembranes，2001，19（7）.

［45］K Fabian，A Fourie.Performance of geotextile-reinforced clay samples in undrained triaxial tests［J].Geotextiles and Geomembranes，1986，4（1）.

［46］梁波，楊有海，孫遇祺.加筋粉煤灰的靜動強度指標試驗與研究［J].實驗力學，1998，13（1）.

［47］Raid R Al-Omari，H H Al-Dobaissi，Y N Nazhat，et al.Shear strength of geomesh reinforced clay［J].Geotextiles and Geomembranes，1989，7（4）.

［48］雷勝友.加筋黃土的三軸試驗研究［J].西安公路交通大學學報，2000，20（2）.

［49］吳景海，王德群，陳環.土工合成材料加筋砂土三軸試驗研究［J].巖土工程學報，2000，22（2）.

［50］楊錫武，歐陽仲春.不同筋材的加筋土的本構關系研究［A].第九屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅲ卷）［C].2000.

［51］楊錫武，鐘以明.筋材結構對其加筋土強度特性的影響研究［J].重慶交通學院學報，2002，21（1）.

［52］雷勝友.加筋土的規格化應力特性研究［J].甘肅工業大學學報，2003，29（3）.

［53］謝婉麗，王家鼎，王亞玲.加筋黃土變形和強度特性的三軸試驗研究［J].地球科學進展，2004，19（增刊）.

［54］張孟喜，閔興.單層立體加筋砂土性狀的三軸試驗研究［J].巖土工程學報，2006，28（8）.

［55］M X Zhang，A A Javadi，X Min.Triaxial tests of sand reinforced with 3D inclusions［J].Geotextiles and Geomembranes，2007，25（1）.

［56］張孟喜，王振武.雙層立體加筋砂土的強度特性［J].巖石力學與工程學報，2006，25（增刊1）.

［57］張友葩，方祖烈，高永濤.基于均質橫等向條件下加筋土的本構關系［J].中國礦業，2001，10（5）.

［58］Tien-Chien Chen，Rong-Her Chen，San-Shyan Lin.A nonlinear homogenized model applicable to reinforced soil analysis［J].Geotextiles and Geomembranes， 2000，18（6）.

［59］陳永輝，趙維炳，汪志強.一個加筋復合土體的本構關系［J].水利學報，2002（12）.

［60］M Nejad Ensan，I Shahrour.A macroscopic constitutive law for elasto-plastic multilayered materials with imperfect interfaces：application to reinforced soils ［J].Computers and Geotechnics，2003，30（4）.

［61］Patrick de Buhan，Ghazi Hassen.Multiphase approach as a generalized homogenization procedure for modelling the macroscopic behaviour of soils reinforced by linear inclusions［J].European Journal of Mechanics： A/Solids，2008，27（4）.

［62］Sehaj Singh，Arun Shukla，Richard Brown.Pullout behavior of polypropylene fibers from cementitious matrix［J].Cement and Concrete Research，2004，34 （10）.

［63］劉志祥，葛恒軍，韓華平.模塊加筋土擋墻中模塊與土工格柵連接強度特性試驗［J].產業用紡織品，2002 （3）.

［64］劉衛華，雷勝友，黃潤秋.模塊式加筋土擋墻墻面板與土工格柵之間的摩擦性質研究［J].巖石力學與工程學報，2006，25（增刊1）.

［65］張文慧，王保田，李春華.自嵌式砌塊與加筋的摩擦強度試驗研究［J].巖土力學，2007，28（11）.

［66］張文慧，王保田，張福海，等.景觀砌塊加筋擋土墻加筋材料選擇試驗研究［A].中國土木工程學會第十屆土力學及巖土工程學術會議論文集［C].2007.

［67］張孟喜，孫遇祺，李國祥.加筋土擋墻工作機理的室內試驗研究［J].鐵道學報，1999，21（5）.

［68］何昌榮，陳群，富海鷹.兩種支擋結構的實測和計算土壓力［J].巖土工程學報，2000，22（1）.

［69］周世良，何光春，胡曉，等.加筋土擋墻筋帶拉力計算研究［J].重慶建筑大學學報，2003，25（1）.

［70］林彤.離心模型試驗在超高加筋土擋墻中的應用研究［J].土木工程學報，2004，37（2）.

［71］高江平，俞茂宏，胡長順.加筋土擋墻土壓力及土壓力系數分布規律研究［J].巖土工程學報，2003，25（5）.

［72］陳志軍，陳強，龔曉南.加筋土擋墻的原型墻觀測及有限元模擬研究［J].華東公路，2005（4）.

［73］S K Ho，R Kerry Rowe.Effect of wall geometry on the behaviour of reinforced soil walls［J].Geotextiles and Geomembranes，1996，14（10）.

［74］何廷全，何昌榮，余建華.單級超高復合加筋土擋墻的原型觀測［J].四川建筑科學研究，2003，29（2）.

［75］Chungsik Yoo，Hyuck-Sang Jung.Measured behavior of a geosynthetic-reinforced segmental retaining wall in a tiered configuration［J].Geotextiles and Geomembranes，2004，22（5）.

［76］王嵐，邢永明，蘇躍宏，等.加筋風積沙擋墻工作機理的離心模型試驗［J].中國公路學報，2006，19（4）.

［77］K S Wong，B B Broms.Failure modes at moddel tests of a geotextile reinforced wall［J].Geotextiles and Geomembranes，1994，12（6-7）.

［78］M Isabel，M Pinto，T W Cousens.Geotextile reinforced brick faced retaining walls［J].Geotextiles and Geomembraes，1996，14（9）.

［79］R Kerry Rowe，S K Ho.Horizontal deformation in reinforced soil walls［J].Canadian Geotechnical Journal， 1998，35（2）.

［80］竇寶松.加筋土擋墻的試驗研究［J].華北水利水電學院學報，1998，19（3）.

［81］李廣信，陳平，介玉新.加筋擋土墻在二維超靜孔壓下的穩定分析［J].土木工程學報，2001，34（3）.

［82］高江平，俞茂宏，胡長順，等.加筋土擋墻滑動破裂面的大型模型試驗［J].長安大學學報：自然科學版， 2005，25（6）.

［83］JTJ 015-91，加筋土工程設計規范［S].

［84］GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S].

［85］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S].

［86］SL/T 235-1999，土工合成材料測試規程［S].

［87］陳桂奇，王保田，王永安，等.自鎖式景觀砌塊加筋擋土結構的設計與應用［J].水利水電科技進展，2007， 27（3）.

［88］D T Bergado，P voottiprex，A Strikongsri，et al.Analytical model of interaction between hexagonal wire mesh silty and sand backfill［J].Canadian Geotechnical Journal，2001，38（4）.

［89］侯永盛，王桂堯.土工布邊坡生態防護結構的抗沖刷室內模擬試驗研究［J].公路與汽運，2014（6）.

［90］毛銳.考慮孔隙水壓力的加筋土邊坡穩定性分析［J].公路與汽運，2014（4）.

U416.1

A

1671-2668（2016）01-0126-09

2015-09-05