孔隙水對河道堤防加筋擋墻的靜力學試驗分析

周永昌

(沈陽市遼中區水利建筑工程公司，沈陽 110200)

0 前 言

河提加筋擋墻是當前河道整合治理的重要工程形式，在許多地區的河道治理工程中得到較為普遍的應用[1]。河提擋墻穩定性受水壓力靜力影響較大，因此在加筋擋墻設計時需要對其水壓力進行設計分析，為保證設計質量，需要對河道加筋擋墻進行靜力學的試驗分析[2]。當前，對于河道加筋擋墻靜力學分析主要通過試驗分析，通過現場充水試驗方式對其水壓靜力的分布特征進行探討[3-5]。但傳統充水試驗方式均未能考慮孔隙水河道加筋擋墻穩定性的影響，存在一定的局限。多個研究成果表明[6-13]，孔隙水對河道加筋擋墻的穩定性破壞程度不可忽略，在進行河道加筋擋墻穩定性分析時，需要重點考慮孔隙水對其穩定性的影響。為此文章采用試驗分析的方式分析孔隙水對河堤加筋擋墻的靜力學分布特征，研究成果對于河道堤防加筋擋墻的綜合影響設計具有重要的參考價值。

2 試驗原理

孔隙水對生態加筋擋墻靜力影響主要采用土壓力系數來計算：

(1)

式中：Ka為土壓力試驗系數；θ為水平方向夾角，°；φ為內摩擦角，°。

加筋擋墻第i層柵格在6m以下垂向距離土層壓力系數計算方程為：

(2)

加筋擋墻第i層柵格在6m以上垂向距離土層壓力系數計算方程為：

(3)

加筋擋墻面板的土層靜力的水平和垂向壓力計算方程分別為：

σzi=Kiγzi

(4)

(5)

式中：q為柵格單位加載荷載，kPa；Lc為加筋擋墻加載寬度，m；Lci為擴散性荷載在垂向距離Zi強度，kPa。

加筋擋墻水平方向總壓力計算方程為：

∑σEi=σzi+σai

(6)

式中：σEi為總壓力水平方向值，kPa；各柵格在垂向距離Zi的拉力水平方向計算方程為：

Ti=∑σEi×Sy

(7)

式中：Ti為中壓力值，kPa。加筋擋墻垂向距離上的抗拔強度計算方程為：

(8)

式中：Tpi為抗拔強度垂向距離值，kPa；f′為摩擦系數；bi為柵格寬度。m；Lai為錨固長度，m。加筋擋墻的靜力穩定性驗證方程為：

Tpi>γoγR1γQ1Ti

(9)

式中：γ0為穩定性系數；γR1為強度調節系數；γQ1為壓力強度系數。抗拉強度試驗方程為：

TK>γ0γR1γfγR2Ti

(10)

式中：γR2為抗拉系數；γf為調節柵格抗拉系數。

3 模型應用

3.1 物理試驗說明

加筋擋墻的靜力學特性主要結合穩定性和充水破壞試驗兩種方式進行穩定性試驗分析，堤防不同縱向深度的穩定性系數采樣充水破壞方式進行試驗分析，孔隙水的靜水壓力對不同充水方式的破壞程度進行抗壓試驗分析，并結合透水試驗方分析不同規格鋼筋的透水度。

3.2 穩定性試驗結果

結合靜力學模型對不同縱向深度下加筋擋墻靜水壓力進行穩定性試驗，加筋擋墻不同縱向深度下穩定系數試驗結果，見表1。

表1 加筋擋墻不同縱向深度下穩定系數試驗結果

加筋擋墻穩定系數隨著縱向深度的遞增在0.32-0.60之間穩定變化，穩定系數在縱向深度為1.22m時變化較為穩定，面板靜水壓力也逐步趨于穩定。孔隙水對加筋擋墻的水壓力隨著縱向深度增加而逐步遞減，穩定性系數逐步增加，并區域穩定，穩定性在縱向深度為1.25m時處于最優狀況。

3.3 加筋擋墻破壞度試驗結果

采用不同充水方式對孔隙水影響下的河道加筋擋墻破壞程度進行試驗分析，不同充水試驗方式下的加筋擋墻破壞試驗結果，見表2。

表2 不同充水試驗方式下的加筋擋墻破壞試驗結果

河道堤防在同一壓力條件下破壞程度逐步遞減，充水方式對河道堤防加筋擋墻的穩定性影響程度較大，非充水方式下的道堤防加筋擋墻的穩定性影響程度較低，擋墻破壞度峰值在充水方式下介于160MPa以下變化，而在非充水方式下破壞峰值變化變化顯著性較大。

3.4 加筋擋墻的透水試驗結果

對不同鋼筋規格下加筋擋墻透水率進行試驗，加筋擋墻透水度試驗結果，見表3。

表3 加筋擋墻透水度試驗結果

透水率隨著鋼筋規格變化而發生顯著變化，透水率隨著孔隙水壓力水頭的遞增而逐步加大，不同方向靜水壓力均呈現顯著遞增變化，各鋼筋規格下透水度也隨著孔隙水壓力水頭的變化而逐步加大。同一孔隙水水頭隨著鋼筋直徑的遞增透水度也逐步增加。

3.5 加筋擋墻破壞強度峰值試驗結果

有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗結果，見表4；有效破壞度峰值在充水方式下的試驗結果，見表5。

表4 有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗結果

續表4 有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗結果

表5 有效破壞度峰值在充水方式下的試驗結果

加筋擋墻在不同充水方式下破壞度有效峰值變化差異度較大，加筋擋墻孔隙水壓力在非充水方式下有效破壞度峰隨著水壓力的遞增而增加，加筋擋墻孔隙水壓力在充水方式下破壞度有效峰值隨著水壓力的遞增的變幅高于非充水方式下的破壞度有效峰值的變化幅度。

4 結 論

1)孔隙水對加筋擋墻的水壓力隨著縱向深度增加而逐步遞減，穩定性系數逐步增加，并區域穩定，穩定性在縱向深度為設計深度時處于最優狀況。

2)河道堤防在同一壓力條件下破壞程度逐步遞減，充水方式對河道堤防加筋擋墻的穩定性影響程度較大，非充水方式下的道堤防加筋擋墻的穩定性影響程度較低。

3)透水率隨著鋼筋規格變化而發生顯著變化，透水率隨著孔隙水壓力水頭的遞增而逐步加大，不同方向靜水壓力均呈現顯著遞增變化。

4)加筋擋墻在不同充水方式下破壞度有效峰值變化差異度較大，加筋擋墻孔隙水壓力在非充水方式下 有效破壞度峰隨著水壓力的遞增而增加。