加筋土挡墙设计理论模型试验研究

摘要：本文模拟实验填料采用中砂，通过对加筋土挡墙进行模型实验研究分析。因为填料为中砂分别做采用传统规范设计理论的设计方案与砂性土特有的剪胀区法设计方案的模型试验，得出在该理论下的加筋土挡墙保证稳定条件下的最优化设计方案，并将两种试验结果进行分析，得出在填料为砂性土条件下的较为合理的设计理论。

关键词：加筋土挡墙；模型试验；设计理论；剪胀区法；砂性填料

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言在实际加筋土挡墙工程设计工作当中，填料大都采用砂性土，普遍采用的是传统的规范法设计理论作为设计依据，但砂性土破坏时可能产生剪胀破坏，这两种设计理论导致的设计结果差异较大，因此基于剪胀破坏理论设计算法的适用性研究就显得颇有意义。

1模型试验设计思路

a．先按传统规范所提出的破坏机理进行内部及整体稳定分析，进行设计计算与相关验算，得出以传统规范为依据的设计方案，进行模拟实验，，梯次减少或增长筋长，直到找到满足稳定要求最少用筋的实验方案。

b．采用砂性土特有的剪胀区法进行设计，得出依据剪胀区法的设计方案，并重复上述步骤。

c．将上述两种理论所得到的最优设计方案进行分析对比，得出研究结论。

2实验模型设计

2.1模型材料及拉筋布置

模型箱及面板：整个研究模型尺寸采用如图1所示木箱，面板采用1mm厚白卡纸进行模拟。

图1 模型箱尺寸示意图 图2 模型用白卡纸及牛皮纸

填料：填料采用石英中砂，其物理力学参数为：=14.7kN/m3，=35°，基地摩擦系数=0.4。

拉筋材料：拉筋材料采用牛皮纸模拟，物理力学参数为：抗拉强度，与填料的似摩擦系数=0.9，厚度，宽度填土：=14.7kN/m3 (三相指标实验) ，直剪实验)，基地摩擦系数：=0.4。拉筋布置：考虑能够在拉筋之间产生土拱效应，拉筋水平间距：，拉筋竖向间距：，拉筋宽度均为2cm，其布置如图3。图3 筋带布置图

2.2实验模型建造过程

a.先将拉筋的设计布置位置在面板上做好标记、牛皮纸按设计尺寸裁剪好，之后将拉筋采用胶带连接到面板设计位置上，并粘结好防止筋带脱落。

b.进行第一层填土作业至设计位置，放下第一层拉筋，然后继续填土并夯实，模拟实际加筋土挡墙施工过程。

c.重复上述步骤至模型填筑完成，如图3，填筑完成的实验模型如图4。图4 模型分层填筑示意

2.3模拟加载过程

采用底面直径为15cm的圆桶放在距离挡墙面板7cm的中间位置，然后往空桶里缓慢倒入20kg河砂，静止24h若任稳定，无明显变形无倾斜，则视为稳定停止加载。

3 传统规范理论设计计算

3.1基本假定

a.墙面板承受填料产生的主动土压力，每块面板承受相应范围内的压力，由墙面板上拉筋有效摩阻力即抗拔力平衡；b.分主动区和被动区；c.拉筋与填料之间的似摩擦系数在全长范围内相同；d.压在拉筋有效长度的填料自重+荷载对拉筋产生有效摩阻力。

3.2根据规范，计算作用于拉筋竖向土压力计算、水平土压力计算、拉筋无效长度计算、拉筋有效长度计算、筋材设计容许抗拉强度、计算筋长结果见表1：

表1拉筋尺寸计算结果汇总表

根据规范，按照轻型挡土墙的土侧压力分布图式计算。具体土侧压力分布见图6，破裂面计算示意见图7。

图6土侧压力分布图 图7破裂面示意图

3.5 加筋土挡墙稳定性验算

按《公路加筋土工程设计规范》和《公路挡土墙设计与施工细则》，参照重力式挡土墙的稳定性验算，进行加筋挡土墙的内部和外部稳定性验算。经验算均满足规范要求。

4. 按剪胀区法设计

该方法的理论基础在于：保证了剪胀区的稳定性就保证了加筋挡土墙的整体稳定性，外部稳定与内不稳定也就自然满足，因此按照此原则选择建议筋长，设计拉筋长度及布置见图8和表3。

表3按剪胀区法设计拉筋长度取值

图8剪胀区法拉筋布置图

5.两种设计方案结果与最终优化实验结果对比

选取相同的、、，不同的参数进行实验，直到确定满足稳定条件各自最少拉筋用量的设计方案结果如表4。两种设计方法对应的设计结果与实际试验最优实验方案设计结果汇总情况见表4，

表4两种方法与最优实验结果对比汇总表（cm）

6.实验结论

传统规范法与剪胀区法的设计满足稳定验算要求，由表4分析可知，因本次试验模型模拟的荷载偏小，未达到砂性土剪胀破坏的剪胀应力，按传统规范法设计的方案更吻合实验值 。

参考文献：

[1] 中华人民共和国行业标准．公路加筋土工程施工设计规范（JTJ 051—91）．北京：人民交通出版社，1991．

[2] 中华人民共和国行业标准．铁路路基支挡结构设计规范（JB 10025—2006 J127—2006）．北京：中国铁道出版社，2009．

[3] 达．公路挡土墙设计．北京：人民交通出版社，2007．