加筋土擋墻穩定性模型試驗研究★

張瑞俏　劉小文

(南昌大學建筑工程學院，江西 南昌　330031)

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·巖土工程·地基基礎·

加筋土擋墻穩定性模型試驗研究★

張瑞俏劉小文

(南昌大學建筑工程學院，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擋墻所能承受的最大荷載，定量分析了各方案下加筋土擋墻的穩定性及各因素對擋土墻穩定性的影響，提出了增強加筋土擋墻穩定性的方法。

擋墻，加筋土，模型試驗，穩定性

0　引言

加筋擋土墻與傳統擋墻相比，具有更好的柔性特征，能夠適應地基輕微變形，抗震穩定性良好；占地少，施工方便，造型美觀，且造價上具有優勢。1965年,法國工程師HenriVidal提出現代加筋土[1]的理論,金屬加筋的應用得到迅速推廣,之后又發展到利用鋼筋混凝土構件作為加筋材料,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,加筋土的抗剪強度取決于筋土界面的摩擦抗剪強度;筋帶拉斷——通常發生在周圍壓力較大、加筋的間距較小的情況下,加筋土的抗剪強度取決于加筋的抗拉強度[2]。但有關加筋土擋墻穩定性因素的研究有待深入。

1　擋墻模型設計

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

試驗材料參數為：填土為標準砂，重度γ=16.15kN/m3,粘聚力C=0，內摩擦角φ=43.2°；筋帶的抗拉參數：筋帶每單位寬度的抗拉強度F拉=3.3N/mm；筋帶(牛皮紙帶)與土體(標準砂)的摩擦系數μ=0.47。

2　試驗方案及結果

表1　試驗方案及結果

共進行了三組試驗，沿擋墻高度方向均勻布置了5排，間距10cm,水平方向各排布置數量不一，布置見圖2。三組方案筋條布置參數見表1。表1中擋墻穩定性分析參考文獻[3]進行。

試驗1，當填土面加載至25kg附加荷載時發生內部穩定性破壞。具體表現為第3層筋帶部分斷裂、第4層筋帶全部斷裂。具體原因為：依據內部穩定性分析可得，第4層、第5層筋帶抗拉穩定性不夠。因此，破壞應從第4層筋帶斷裂開始。而從抗拔穩定性分析可得，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層筋帶隨之斷裂，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，但筋帶未發生斷裂，筋帶從土中被拔出。具體原因為：由內部穩定性分析可得，各層筋帶抗拉穩定性滿足要求，但抗拔穩定性不滿足要求，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，加筋土復合體仍處于穩定狀態，未發生破壞。具體原因為：整體穩定性滿足要求，由內部穩定性分析可得，筋帶抗拉穩定性不滿足要求、抗拔穩定性滿足要求。而筋帶未發生斷裂，仍處于穩定狀態。這是因為本次試驗通過增加振搗次數使得夯實度提高，而夯實度的提高使填土內摩擦角增大，從而使朗肯主動土壓力系數減小，一定高度內主動土壓力合力減小，抗拉穩定性提高。

3　影響因素分析

1)筋帶寬度。加筋土復合體中拉應力表現為筋帶阻止面板發生側向變形。為了防止筋帶被拉斷，可以通過增加筋帶寬度實現。對比1，2試驗數據，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層筋帶部分斷裂；而第二次試驗在不改變第3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。通過內部穩定性分析可得，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現，減少第1層筋帶寬度對試驗結果無明顯影響，說明下部筋帶承受的拉力較大，對寬度的要求較高，因此為節約材料可以適當減少第1層寬度。

2)筋帶長度。依據試驗可得增加筋帶長度有利于提高筋帶的抗拔穩定性。這是因為加筋擋土墻筋帶的長度除需要滿足滑動區長度的要求外，需要依據其所受的土壓力計算穩定區的長度。假設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(穩定區)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定性的影響，利用理正巖土軟件對同一設計方案采用不同的水平間距對其進行穩定性測算，得出隨著筋帶水平間距的減小，筋帶的抗拔穩定性提高。這一現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，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；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；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，因此其抗拔穩定性提高。加筋土豎向間距的減少也會提高其抗拔穩定性，但應避免間距過大造成加筋拱效應。

4　填土密實度

為防止筋帶被拉出造成加筋復合體滑動，需要保證每層填土均勻密實，從而使筋帶能夠充分發揮其抗拉強度，抵抗因外荷載和土體自重產生的壓力。填土密實度對提高加筋復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、提高填土密實度有利于提高加筋土內部穩定性。

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

[2]賀會團.加筋擋土墻關鍵技術研究[D].南京：南京水利科學研究院博士學位論文，2007.

[3]莫海鴻，楊小平.基礎工程[M].北京：中國建筑工業出版社，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年南昌大學創新創業科研訓練項目資助

張瑞俏(1995- )，女，在讀本科生；劉小文(1968- )，男，教授

TU476.4

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