加筋土挡墙稳定性模型试验研究★

张瑞俏　刘小文

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌　330031)



·岩土工程·地基基础·

加筋土挡墙稳定性模型试验研究★

张瑞俏刘小文

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌330031)

通过模型试验，采用牛皮纸作为砂土中加筋材料，硬纸板作为挡墙，研究了不同筋条长度、宽度、筋条水平及竖向不同间距下挡墙所能承受的最大荷载，定量分析了各方案下加筋土挡墙的稳定性及各因素对挡土墙稳定性的影响，提出了增强加筋土挡墙稳定性的方法。

挡墙，加筋土，模型试验，稳定性

0　引言

加筋挡土墙与传统挡墙相比，具有更好的柔性特征，能够适应地基轻微变形，抗震稳定性良好；占地少，施工方便，造型美观，且造价上具有优势。1965年,法国工程师HenriVidal提出现代加筋土[1]的理论,金属加筋的应用得到迅速推广,之后又发展到利用钢筋混凝土构件作为加筋材料,而目前多种土工合成材料成为加筋材料的主流。

加筋土有两种破坏模式,分别为:筋土因相对滑动而使筋带被拔出——通常发生在周围压力较小、加筋的间距较大的情况下,加筋土的抗剪强度取决于筋土界面的摩擦抗剪强度;筋带拉断——通常发生在周围压力较大、加筋的间距较小的情况下,加筋土的抗剪强度取决于加筋的抗拉强度[2]。但有关加筋土挡墙稳定性因素的研究有待深入。

1　挡墙模型设计

为研究方便，试验在砂箱中进行(见图1)。砂箱尺寸(长×宽×高)为75cm×50cm×50cm；采用标准牛皮纸做筋带，标准纸板为墙面板，墙后填料为标准砂。挡墙制作过程为：在墙后填土前，在标准纸板后放置厚15mm、可移动的胶合板以保持填土过程挡墙稳定，待筋条与纸板粘贴好后，在填土过程中根据加筋位置在土中埋入筋条。填土完成后，移开胶合板，观察挡墙稳定性。通过在挡墙填土面载加荷，分析加筋方案对挡墙稳定性影响。

试验材料参数为：填土为标准砂，重度γ=16.15kN/m3,粘聚力C=0，内摩擦角φ=43.2°；筋带的抗拉参数：筋带每单位宽度的抗拉强度F拉=3.3N/mm；筋带(牛皮纸带)与土体(标准砂)的摩擦系数μ=0.47。

2　试验方案及结果

表1　试验方案及结果

共进行了三组试验，沿挡墙高度方向均匀布置了5排，间距10cm,水平方向各排布置数量不一，布置见图2。三组方案筋条布置参数见表1。表1中挡墙稳定性分析参考文献[3]进行。

试验1，当填土面加载至25kg附加荷载时发生内部稳定性破坏。具体表现为第3层筋带部分断裂、第4层筋带全部断裂。具体原因为：依据内部稳定性分析可得，第4层、第5层筋带抗拉稳定性不够。因此，破坏应从第4层筋带断裂开始。而从抗拔稳定性分析可得，筋带提供的摩擦力不足以平衡土压力，因此在第4层筋带断裂后，第3层筋带随之断裂，其他各层筋带从土中拔出，此时第5层筋带还未来得及断裂。

试验2，加载至20kg附加荷载时整个面板倾倒，但筋带未发生断裂，筋带从土中被拔出。具体原因为：由内部稳定性分析可得，各层筋带抗拉稳定性满足要求，但抗拔稳定性不满足要求，因此筋带因提供的摩擦力不足从土中拔出而破坏。

试验3，加载至150kg时，加筋土复合体仍处于稳定状态，未发生破坏。具体原因为：整体稳定性满足要求，由内部稳定性分析可得，筋带抗拉稳定性不满足要求、抗拔稳定性满足要求。而筋带未发生断裂，仍处于稳定状态。这是因为本次试验通过增加振捣次数使得夯实度提高，而夯实度的提高使填土内摩擦角增大，从而使朗肯主动土压力系数减小，一定高度内主动土压力合力减小，抗拉稳定性提高。

3　影响因素分析

1)筋带宽度。加筋土复合体中拉应力表现为筋带阻止面板发生侧向变形。为了防止筋带被拉断，可以通过增加筋带宽度实现。对比1，2试验数据，在两次试验所用筋带总面积相同(500cm2)，承受荷载相同的情况下，试验1中第3层筋带宽度均为6mm,造成第3层筋带部分断裂；而第二次试验在不改变第3层长度的前提下，将其宽度增加至7mm，第3层筋带全部完好无损。通过内部稳定性分析可得，增加宽度使得单根筋带提供的摩擦力增大，而筋带宽度的增大使得容许的拉力也随之增大，因此，为了防止筋带发生张拉破坏，增加筋带宽度效果明显。此外，通过对比两次试验发现，减少第1层筋带宽度对试验结果无明显影响，说明下部筋带承受的拉力较大，对宽度的要求较高，因此为节约材料可以适当减少第1层宽度。

2)筋带长度。依据试验可得增加筋带长度有利于提高筋带的抗拔稳定性。这是因为加筋挡土墙筋带的长度除需要满足滑动区长度的要求外，需要依据其所受的土压力计算稳定区的长度。假设土压力在某一微分段所引起的水平推力为ΔT,竖向荷载和土的自重为N,筋带与土体之间的摩擦力为μ，筋带的有效区(稳定区)长度为Lai，筋带宽度为b,因为筋带上下表面均提供摩擦力，因此在外荷载和土的自重作用下单根筋带所提供的摩擦力f=μ×N×b×Lai×2，如果拉筋与土体之间的摩擦力满足f>ΔT，则拉筋与土之间不会发生相对滑动，如果各层筋带摩擦力均大于其水平土压力，则加筋挡土墙满足抗拔稳定性要求。

3)筋带间距。为验证筋带的水平间距对加筋挡土墙稳定性的影响，利用理正岩土软件对同一设计方案采用不同的水平间距对其进行稳定性测算，得出随着筋带水平间距的减小，筋带的抗拔稳定性提高。这一现象可用库仑合力法来解释，该方法将加筋土视为摩擦锚固系统，考虑滑动土楔体的平衡条件，得出各层筋带所承受的土压力Ti=n÷(n+1)×Ka×γ×Zi×Sx×Sy，其中，n为筋带的总层数；γ为土的重度；Zi为第i层筋带至挡墙顶面的垂直距离；Ka为主动土压力系数；Sx,Sy分别为筋带水平和垂直方向的间距。由此可得出，随着筋带水平方向间距的减少，筋带所承受的土压力逐渐减少，而各层筋带抗拔力不变，因此其抗拔稳定性提高。加筋土竖向间距的减少也会提高其抗拔稳定性，但应避免间距过大造成加筋拱效应。

4　填土密实度

为防止筋带被拉出造成加筋复合体滑动，需要保证每层填土均匀密实，从而使筋带能够充分发挥其抗拉强度，抵抗因外荷载和土体自重产生的压力。填土密实度对提高加筋复合体承载力有显著影响。

模型试验表明，增加筋带长度和宽度、减少筋带间距、提高填土密实度有利于提高加筋土内部稳定性。

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

[2]贺会团.加筋挡土墙关键技术研究[D].南京：南京水利科学研究院博士学位论文，2007.

[3]莫海鸿，杨小平.基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，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年南昌大学创新创业科研训练项目资助

张瑞俏(1995- )，女，在读本科生；刘小文(1968- )，男，教授

TU476.4

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