加筋土挡墙破坏机理研究

熊甜甜 杨博

（1.西安思源学院城市建设学院 陕西西安 710038 2.云南省设计院 云南昆明 650500）

加筋土的作用机理归根结底是筋-土之间的相互作用，然而筋-土之间的相互作用机理至今也未被充分认识[1～2]。其原因为认识对象的不直观性、加筋类型、边坡形式的复杂性等，使筋-土之间相互作用变得十分复杂，理论分析与工程实践脱离，是因为对筋-土界面的作用机理未能认识清楚。

1 三维等效附加围压理论

筋-土之间的相互作用是加筋土挡墙土压力分析计算的关键，等效附加围压法[4～5]是将筋材对土体的复杂作用通过一个附加围压来代替，通过这种方法可以将加筋土体当作素土进行分析计算。

将二维等效附加围压理论推广到三维应力状态进行分析。如图1所示：（1）表示加筋土体破坏时的应力状态莫尔圆，其三个主应力分别是2）表示未加筋土体破坏时的莫尔圆，其三个主应力分别是σ1、σ2和σ3。可以看出，当加筋土体单元和未加筋土体单元在破坏时承受相同的大主应力σ1的作用时，加筋土体单元受到的中主应力和小主应力小于未加筋土体单元受到的中主应力和小主应力，其减小量是由筋材等效而成的侧向约束力增量Δσ2和Δσ3。

图1 三维等效附加围压

上述侧向约束力增量Δσ2和Δσ3可表示为

现将三维等效附加围压的概念应用到土体本构模型中进行筋-土之间的相互作用及筋材对土体强度提高的分析。对于等效附加围压Δσ2和Δσ3的确定，给出了小主应力方向Δσ3的计算式：

式中：

R3——筋材小主应力方向单位宽度受到的拉力，非拉断破坏时取筋材受到的拉力，拉断破坏时取筋材单位宽度抗拉强度；

ΔH——布筋竖向间距。

由于加筋土挡墙中的筋材主要受到垂直于挡墙面板方向的拉力作用，而筋材沿挡墙方向受到的拉力较小，所以等效附加围压Δσ2的值较小，近似忽略不计。

将筋材对土体的复杂作用通过附加围压Δσ2和Δσ3来代替，便可将加筋土体当作素土进行分析计算。

2 加筋土其他基本理论

（1）摩擦理论：加筋土复合结构中，填土自重和外力产生土压力，并作用于挡墙面板，面板上的筋材连接件将土压力传递给筋材，筋材从土中可能被拔出。但筋材被土体压住，因此填土与筋材之间的摩擦力阻止筋材被拔出。筋材具有足够的强度，并和土体产生足够的摩擦力，加筋土体就能保持稳定。

筋-土界面的摩擦阻力阻止拉筋被拔出，当层筋材与土体之间的摩擦力能抵抗相应土体的推力时，墙体便不会出现滑动面，加筋土体的内部稳定便得到保证。摩擦理论概念明确、简单，在工程中得到较广泛应用。但是，摩擦原理没有考虑筋材的变形，也没有考虑土体的非连续性和各向异性等。

（2）准粘聚力理论：加筋土复合结构可看作各向异性材料，一般情况下，筋材弹性模量大于土体弹性模量，土体与筋材共同工作，加筋土复合结构的整体强度包括土体抗剪力、土体与筋材间的摩擦力和筋材抗拉力，使加筋土的强度提高。准黏聚力理论将筋材对土体强度的贡献用准黏聚力c′代替，既认为筋材的存在提高了土体的黏聚力。

（3）混合物理论：M.Bennis&P.Debuhan将加筋土看作一个两相系统，提出一种考虑土与筋材相互作用的加筋土多相本构模型，用于加筋土结构的弹塑性分析。该模型将加筋后的材料认为是由两种相互作用的连续介质叠加而成的复合系统，并建立一个相容的力学框架。

以上各种理论促进了加筋土技术的发展，但是每种理论都存在缺陷，不能普遍反映不同类型加筋土挡墙中筋-土相互作用机理。因此在实际工程中，根据不同类型加筋土的结构特点，选用合适的理论指导工程实践。

[1]介玉新，李广信，郑继勤.纤维加筋土计算的新方法[J].工程力学，1999，16（3）：81～89.

[2]介玉新，王乃东，李广信.加筋土计算中等效附加应力法的改进[J].岩土力学，2007，28：129～132.