模块面板式加筋土挡墙结构行为试验研究

为研究模块面板式土工格栅加筋土挡墙在墙顶局部荷载作用下的受力和变形状态,并了解其作用机制,通过室内模型试验,进行了包括墙面水平变形和墙顶竖向沉降以及墙体内垂直和水平土压力、附加应力扩散角、侧向土压力系数、土工格栅拉伸应变等分布规律的研究和分析。试验结果表明：墙面累积水平位移沿墙高呈上大下小分布;水平和垂直土压力沿筋长方向均呈从拉筋中部向两端逐渐减小的分布趋势;实测附加应力扩散角较非加筋土体大,基本在40°～75°之间;侧向土压力系数沿墙高的分布在不同断面有所不同;筋材应变沿筋长呈单峰值分布,峰值出现位置距墙脚的水平距离从高到低逐渐减小。     

有限填土加筋土挡墙的稳定性及破坏模式分析

有限填土加筋土挡墙是短加筋土挡墙的一种特殊情况,其工作性状还没有被清晰地认识。文章在离心模型试验成果的基础上,采用FLAC软件建立有限填土加筋土挡墙的二维数值模型,讨论了加筋间距、加筋长度以及墙面与竖直平面的夹角对挡墙稳定性和破坏模式的影响。结果表明:（1）墙后有限填土情况下主动土压力约为库伦主动土压力的1/2~1/3;（2）在稳定地基工况下,挡墙均为复合破坏模式,滑动面呈折线型,在挡墙中下部,滑动面同时穿过了加筋区和填土区,从墙趾处滑出;在挡墙上部,滑动面基本沿着填土与稳定墙面的接触面向上发展;（3）潜在滑动面是自下向上逐渐形成的,体现为下部剪切、上部拉张的特征;（4）在墙后有限填土情况下,加筋长度减小到0.4H时,挡墙仍能保持稳定,加筋间距在控制挡墙稳定性方面具有重要作用。     

面板对路堤式加筋土挡墙力学特性的影响

加筋土挡墙作为一种新型的轻型支挡结构,广泛应用于公路、铁路、港口等工程中。随着加筋土挡墙技术的发展,面板的类型也越来越丰富。利用Plaxis有限元软件,对路堤式加筋土挡墙进行了二维有限元计算分析。针对墙背水平土压力、垂直土压力、挡墙侧向位移、筋材应变和挡墙稳定系数等计算结果的分析,探讨了3种类型面板（返包式面板、整体式面板和拼装式面板）对路堤式加筋土挡墙力学性能的影响。研究结果表明,垂直和水平土压力的数值计算结果均小于理论值;相比较与其他两种面板的加筋土挡墙,返包式面板加筋土挡墙筋材的应变最大;面板类型对于加筋土挡墙的整体稳定性几乎没有影响。研究成果为实际工程的应用提供了理论指导。     

面板对加筋土挡墙影响的离心模型试验研究

加筋土挡墙因其特有的景观性能、协调变形性能而日益受到设计者青睐。面板作为加筋土挡墙的组成部分,对墙体的承载能力影响显著。针对现有设计规范无法考虑面板形式对结构自身力学变形特性的影响,设计并开展了整体式与分块式面板的离心模型试验。数据测试分析显示：整体式面板加载期的位移小于分块式面板位移;由于分块式面板位移较大,所以其水平土压力小于整体式面板土压力;加筋土挡墙面板底部存在应力集中现象;分块式面板筋-土界面的摩擦系数发挥值大于整体式面板数值,但两者均小于设计规范建议值;由于模型筋材长度较长并且连接件的存在,导致原型设计较为保守。     

不同面板形式加筋土挡墙结构特性现场试验研究

以成昆铁路复线加筋土挡墙为工程依托进行现场原位试验,对比分析工后9个月内新型整体式面板、内嵌返包结构的模块式面板和模块式面板3类加筋土挡墙的结构特性。在此期间发生两次地震,监测了震后挡墙变形及土压力变化。结果表明:整体式面板加筋土挡墙整体稳定性最好,具有良好的抗震性能,格栅应变变化率、墙体压缩量和墙面水平位移均最小。整体式面板和模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈M型,内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙墙背土压力沿墙高近似呈倒S型。整体式面板加筋土挡墙的侧向土压力系数沿墙高变化较小,小于美国联邦公路局(FHWA)加筋设计指南计算值;内嵌返包结构的模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数沿墙高呈增大的趋势,挡墙中、下部小于FHWA计算值,上部接近或大于静止土压力系数;模块式面板加筋土挡墙侧向土压力系数大部分处在FHWA计算值与静止土压力系数之间。3类挡墙土工格栅应变沿墙高均呈非线性变化。挡墙墙体压缩量随着时间的增加逐渐增加,在工后前50 d时间内增加速率较快,随后增加速率减缓,进入雨季之后增加速率再次增大。发生地震后,3类加筋土挡墙均出现不同程度的墙背土压力减小、格栅应变增大、墙体压缩量增加和墙面板外移的现象。     

青岛某高低组合墙面加筋土挡墙工程应用实例

介绍了青岛某高低组合墙面加筋土挡墙项目的工程概况、设计思路、施工方案和监测成果。该组合加筋土挡墙下部采用了混凝土劈裂面模块墙面,上部采用了现浇混凝土面板+筋材返包土工袋墙面。监测数据表明,下部劈裂模块向墙外侧变形越大,土工格栅张拉越紧;上部墙后荷载和土压力越大,加筋土越密实,返包土工格栅和钢筋锚杆承受的拉力越大;墙后土体位移及挡墙变形较荷载施加具有一定的滞后,上部土工袋与挡墙之间的空隙充分挤密后,变形趋于稳定;与常规挡土墙位移方向不同,该组合墙面的挡土墙位移方向表现为向填土一侧移动。实践证明,该组合墙面加筋土挡墙具有结构合理、施工方便且安全可靠的特点,可为类似工程的设计提供参考。     

填土相对密实度对加筋土挡墙的影响研究

自加筋土出现以来,由面板、筋材、填土组成的加筋土挡墙被广泛研究并应于道路、铁路等土建工程中。填土的压实对加筋土挡墙的变形、土压力及筋材拉力等影响显著。为研究填土相对密实度对加筋土挡墙的影响,进行了3组不同相对密实度的离心模型试验,通过试验数据分析得到以下结论：相对密实度越大,墙体变形越小,特别是加载期变形量;压实可增大面板附近土体约束,使水平土压力大于设计值;试验挡墙设计较保守,筋材填土界面摩擦系数小于设计值;筋材面板之间连接拉力分析表明,连接拉力实测值小于测试土压力。     

均布荷载下台阶式加筋土挡墙性能的试验分析

台阶式加筋土挡墙变形与力学特性尚待进一步深入研究。利用模型试验综合分析台阶宽度、上墙筋材长度和筋材层间距对两级台阶式加筋土挡墙性能的影响,试验结果表明:当台阶宽度由1.3H₁(H₁为下墙高度)减至0.4H₁、筋材层间距减小或上墙筋材长度增加时,挡墙顶部沉降明显减少,且墙顶极限承载力显著增加;台阶式加筋土挡墙水平变形受台阶宽度和上墙筋材长度的影响显著,顶部加载时以上墙中部“鼓肚”和下墙沿墙高逐渐增大为主;增加台阶宽度使上墙底部垂直土压力增加,而下墙靠近墙面侧垂直土压力显著减小,增加上墙筋材长度和减少层间距使垂直土压力向远离墙面一侧发展;顶部加载时台阶式加筋土挡墙滑动面始于加载板后缘,绕过上墙墙底承台并贯通于下墙顶部土体,其破坏模式以上墙深层滑动破坏为主。     

微型桩-加筋土挡墙应力变形特性的多因素分析

山区斜坡地带加筋土挡墙的破坏模式为回填土区域沿着边坡产生整体下滑,且回填土强度的降低会更显著地增加挡土墙的变形。针对这种破坏模式,开发了微型桩加固方法,建立了加固前、后的斜坡土挡墙有限元模型,并通过对静载模型试验的数值模拟,对有限元模型的可靠性进行了验证。在此基础上,就自然边坡状况和回填土强度这两个重要因素对微型桩-加筋土挡墙的应力变形特性开展分析。结果表明:微型桩的加固能够有效抑制回填土区域的下滑,根据自然边坡状况的不同,挡土墙位移可较加固前减小6.25%~46.9%,且坡面摩擦角越低,加固前、后的差别越显著;根据回填土强度的不同,挡土墙位移可减小6%~56.1%,且回填土强度越低,减小的比例越大;同时,侧向土压力和回填土的变形也显著降低。其结果可为微型桩-加筋土挡墙在山区公路工程中的实际应用提供指导。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论：相较于单楔块法,二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式,且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

基于二楔块法的加筋土挡墙屈服加速度及破坏模式极限分析

加筋土挡墙具有优越的抗震性能,并在土建工程中被广泛应用,因此,加筋土挡墙抗震设计方法的研究尤为重要。为了能够分析加筋体内部筋材布置方式、筋材抗拉强度等对屈服加速度的影响,假定破坏模式为双楔块模式,根据极限分析理论推导了加筋土挡墙屈服加速度系数表达式。与规范计算值相比,计算结果更接近模型测试值与数值模拟结果,同时计算方法可以反映模型的真实破坏模式。参数分析表明：屈服加速度随着筋材抗拉强度的增大而增大,特别是筋材长度较长时;随着筋材竖向间距的增大,屈服加速度逐渐减小;面板的宽度对屈服加速度几乎不产生影响;与面板宽度相比,筋材抗拉强度与竖向间距对加筋土挡墙破裂面形状的影响更大。     

Finite element reliability analysis of reinforced retaining walls

This paper presents the reliability analysis of reinforced retaining wall using finite element method. Response surface approach is used to approximate the performance function and a first-order reliability method (FORM) is used to evaluate the reliability index. In the analysis, displacement response of the reinforced retaining wall is considered as performance function and the corresponding reliability index is evaluated with the aid of a spreadsheet. Uncertainties associated with the soil and reinforcement properties are explicitly taken into account in the analysis. A parametric sensitivity analysis has been performed to bring out the effect of important uncertain parameters by evaluating the sensitivity of the reliability index with respect to each of the uncertain parameters. Results of the response surface method coupled with finite element analysis show the ease and successful implementation of the reliability analysis procedure for the reinforced retaining walls.     

刚性挡土墙主动土压力计算方法的改进

采用库仑土压力理论的假设：挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力,建立挡土墙上土压力分布的基本分析方程,结合整个滑楔体的力矩平衡条件,先确定土侧压力系数、再建立土压力分布和土压力合力及作用点高度的理论公式。算例计算值与实测值吻合很好,这表明该方法不仅可行,而且可靠。     

有地下水时刚性挡土墙的动主动土压力

基于Mononobe-Okabe假定,在合理考虑土体孔隙中受限水含量的基础上,利用水平层分析法推导了填土中有地下水时刚性挡土墙平移模式下的动主动土压力强度的一阶微分方程,并求得非线性分布解;探讨了地下水位、受限水含量、填土的内摩擦角、墙背的摩擦角和地震系数等参数对土压力强度分布、合力作用点高度以及倾覆力矩的影响。所提出的方法可考虑填土的孔隙率、渗透性和地震动周期的影响。