孔隙水对河道堤防加筋挡墙的静力学试验分析

周永昌

(沈阳市辽中区水利建筑工程公司，沈阳 110200)

0 前 言

河提加筋挡墙是当前河道整合治理的重要工程形式，在许多地区的河道治理工程中得到较为普遍的应用[1]。河提挡墙稳定性受水压力静力影响较大，因此在加筋挡墙设计时需要对其水压力进行设计分析，为保证设计质量，需要对河道加筋挡墙进行静力学的试验分析[2]。当前，对于河道加筋挡墙静力学分析主要通过试验分析，通过现场充水试验方式对其水压静力的分布特征进行探讨[3-5]。但传统充水试验方式均未能考虑孔隙水河道加筋挡墙稳定性的影响，存在一定的局限。多个研究成果表明[6-13]，孔隙水对河道加筋挡墙的稳定性破坏程度不可忽略，在进行河道加筋挡墙稳定性分析时，需要重点考虑孔隙水对其稳定性的影响。为此文章采用试验分析的方式分析孔隙水对河堤加筋挡墙的静力学分布特征，研究成果对于河道堤防加筋挡墙的综合影响设计具有重要的参考价值。

2 试验原理

孔隙水对生态加筋挡墙静力影响主要采用土压力系数来计算：

(1)

式中：Ka为土压力试验系数；θ为水平方向夹角，°；φ为内摩擦角，°。

加筋挡墙第i层栅格在6m以下垂向距离土层压力系数计算方程为：

(2)

加筋挡墙第i层栅格在6m以上垂向距离土层压力系数计算方程为：

(3)

加筋挡墙面板的土层静力的水平和垂向压力计算方程分别为：

σzi=Kiγzi

(4)

(5)

式中：q为栅格单位加载荷载，kPa；Lc为加筋挡墙加载宽度，m；Lci为扩散性荷载在垂向距离Zi强度，kPa。

加筋挡墙水平方向总压力计算方程为：

∑σEi=σzi+σai

(6)

式中：σEi为总压力水平方向值，kPa；各栅格在垂向距离Zi的拉力水平方向计算方程为：

Ti=∑σEi×Sy

(7)

式中：Ti为中压力值，kPa。加筋挡墙垂向距离上的抗拔强度计算方程为：

(8)

式中：Tpi为抗拔强度垂向距离值，kPa；f′为摩擦系数；bi为栅格宽度。m；Lai为锚固长度，m。加筋挡墙的静力稳定性验证方程为：

Tpi>γoγR1γQ1Ti

(9)

式中：γ0为稳定性系数；γR1为强度调节系数；γQ1为压力强度系数。抗拉强度试验方程为：

TK>γ0γR1γfγR2Ti

(10)

式中：γR2为抗拉系数；γf为调节栅格抗拉系数。

3 模型应用

3.1 物理试验说明

加筋挡墙的静力学特性主要结合稳定性和充水破坏试验两种方式进行稳定性试验分析，堤防不同纵向深度的稳定性系数采样充水破坏方式进行试验分析，孔隙水的静水压力对不同充水方式的破坏程度进行抗压试验分析，并结合透水试验方分析不同规格钢筋的透水度。

3.2 稳定性试验结果

结合静力学模型对不同纵向深度下加筋挡墙静水压力进行稳定性试验，加筋挡墙不同纵向深度下稳定系数试验结果，见表1。

表1 加筋挡墙不同纵向深度下稳定系数试验结果

加筋挡墙稳定系数随着纵向深度的递增在0.32-0.60之间稳定变化，稳定系数在纵向深度为1.22m时变化较为稳定，面板静水压力也逐步趋于稳定。孔隙水对加筋挡墙的水压力随着纵向深度增加而逐步递减，稳定性系数逐步增加，并区域稳定，稳定性在纵向深度为1.25m时处于最优状况。

3.3 加筋挡墙破坏度试验结果

采用不同充水方式对孔隙水影响下的河道加筋挡墙破坏程度进行试验分析，不同充水试验方式下的加筋挡墙破坏试验结果，见表2。

表2 不同充水试验方式下的加筋挡墙破坏试验结果

河道堤防在同一压力条件下破坏程度逐步递减，充水方式对河道堤防加筋挡墙的稳定性影响程度较大，非充水方式下的道堤防加筋挡墙的稳定性影响程度较低，挡墙破坏度峰值在充水方式下介于160MPa以下变化，而在非充水方式下破坏峰值变化变化显著性较大。

3.4 加筋挡墙的透水试验结果

对不同钢筋规格下加筋挡墙透水率进行试验，加筋挡墙透水度试验结果，见表3。

表3 加筋挡墙透水度试验结果

透水率随着钢筋规格变化而发生显著变化，透水率随着孔隙水压力水头的递增而逐步加大，不同方向静水压力均呈现显著递增变化，各钢筋规格下透水度也随着孔隙水压力水头的变化而逐步加大。同一孔隙水水头随着钢筋直径的递增透水度也逐步增加。

3.5 加筋挡墙破坏强度峰值试验结果

有效破坏度峰值在非充水方式下的试验结果，见表4；有效破坏度峰值在充水方式下的试验结果，见表5。

表4 有效破坏度峰值在非充水方式下的试验结果

续表4 有效破坏度峰值在非充水方式下的试验结果

表5 有效破坏度峰值在充水方式下的试验结果

加筋挡墙在不同充水方式下破坏度有效峰值变化差异度较大，加筋挡墙孔隙水压力在非充水方式下有效破坏度峰随着水压力的递增而增加，加筋挡墙孔隙水压力在充水方式下破坏度有效峰值随着水压力的递增的变幅高于非充水方式下的破坏度有效峰值的变化幅度。

4 结 论

1)孔隙水对加筋挡墙的水压力随着纵向深度增加而逐步递减，稳定性系数逐步增加，并区域稳定，稳定性在纵向深度为设计深度时处于最优状况。

2)河道堤防在同一压力条件下破坏程度逐步递减，充水方式对河道堤防加筋挡墙的稳定性影响程度较大，非充水方式下的道堤防加筋挡墙的稳定性影响程度较低。

3)透水率随着钢筋规格变化而发生显著变化，透水率随着孔隙水压力水头的递增而逐步加大，不同方向静水压力均呈现显著递增变化。

4)加筋挡墙在不同充水方式下破坏度有效峰值变化差异度较大，加筋挡墙孔隙水压力在非充水方式下 有效破坏度峰随着水压力的递增而增加。