台阶式加筋土挡墙面板水平位移与稳定性关系研究

为研究台阶式加筋土挡墙面板水平位移特征及其最大水平位移与稳定性的量化关系，采用验证的有限差分数值方法确定挡墙面板水平位移和每层筋材最大拉力，并借助强度折减方法确定相应挡墙的稳定系数，进而参数化分析填土及地基土性质、筋材性质和分级模式对面板水平位移及挡墙稳定性的影响，结果表明：(1)针对两级加筋土挡墙，保持其他参数不变：增加填土内摩擦角φ或黏聚力c，挡墙自稳能力增强，最大水平位移和实际筋材最大拉力均明显减少；增加上级或下级挡墙筋材长度，面板最大水平位移呈减少趋势，挡墙稳定系数相应增加，当上级筋材长度为0.7H(H为总墙高)和下级筋材长度为0.6H时，挡墙变形和稳定系数趋于稳定；减少筋材层间距或增加筋材刚度，挡墙最大水平位移减小，而稳定系数相应增加。(2)针对各级挡墙均分总墙高的台阶式加筋土挡墙，增加台阶宽度，面板最大水平位移先减小后渐趋稳定，对于规范推荐的填土(φ=34°)，确定相邻两级挡墙互不影响的临界台阶宽度为1.2倍分级墙高。(3)当台阶式加筋土挡墙总墙高和相对台阶宽度不变时，增加分级数导致最大水平位移和稳定系数均呈先减少后增加的趋势；两级加筋土挡墙上、下级墙高比不大于1时，墙高比...     

台阶宽度对加筋土挡墙垂直应力的影响研究

 为了研究台阶式加筋土挡墙平台宽度对下墙墙体垂直应力大小及分布的影响,进行3组不同平台宽度的台阶式加筋土挡墙室内模型试验。试验结果表明：台阶式加筋土挡墙基底垂直应力随着填土高度的增加而增大,最大值出现在墙面板附近;随着墙间台阶宽度的增加,基底垂直应力沿筋长的分布形式由“V”字形逐渐过渡到倒“S”形;过大的台阶宽度对双级加筋土挡墙基底垂直应力的减载效果不明显;修正的FHWA方法和修正的Gray弹性解方法可较为准确计算基底垂直应力;随着墙顶荷载加载位置距墙面板距离的增加,基底垂直应力逐渐减小;墙顶施加荷载后下墙筋材中后部垂直应力增长较大,而拉筋始端垂直应力变化较小。     

墙面倾角对模块式加筋土挡土墙结构影响的分析

基于FLAC3D建立了加筋土挡土墙数值模型，在验证模型有效性的基础上，通过调整墙面倾角，分析墙面倾角对模块式加筋土挡土墙的侧向变形、土压力和筋材拉力的影响。结果表明：当墙面倾角由90°逐渐减小至65°时，模块式加筋土挡墙的侧向变形、面墙后的土压力和筋材拉力均出现减小；侧向变形模式由外倾-平移式转为平移、平移-鼓胀式；面板后水平土压力沿墙高的分布规律由线性分布转变为非线性分布；墙内筋材的拉力峰值与墙面倾角间呈线性关系，筋材与模块连接处的拉力与墙面倾角间呈指数关系；75°是模块式加筋土挡土墙的合理倾角，不仅便于墙面绿化，而且可减少挡土墙变形，提高挡土墙的稳定性。     

循环荷载下台阶式加筋土挡墙力学与变形性能的试验研究

台阶宽度是影响台阶式加筋土挡墙力学与变形性能的重要因素之一.首先开展室内单级加筋土挡墙极限承载力试验,基于此确定循环荷载幅值,进而研究循环荷载作用下台阶宽度D对二级台阶式加筋土挡墙位移、土压力、筋材应变规律和可能的潜在滑动面影响.试验结果表明:面板位移最大值及附加水平土压力峰值出现在墙高约0.85H(H为总墙高)处;台...     

顶部条形荷载作用下加筋土挡墙水平变形分析

基于有限元数值方法,综合研究了顶部条形荷载宽度、偏移距离、荷载大小、筋材长度和填土性质等对挡墙水平变形的影响,研究结果表明：增加基础偏移距离,导致墙面水平变形逐渐减小,而最大变形出现位置逐渐降低;当增加基础宽度或荷载等级,可显著增加加筋土挡墙水平变形前者使最大水平变形出现的位置逐步下移,后者使最大水平变形出现位置逐步上移,最终趋于稳定;增加填土抗剪强度,可显著提高挡墙抗变形能力,从而显著减少加筋土挡墙面板水平变形;增加筋材长度可有效减小墙面水平变形,当筋材长度增至0.7倍墙高后,继续增加筋材长度对墙面板水平变形的控制作用减弱。     

考虑筋材蠕变-温度耦合效应的加筋土挡墙变形分析

基于既有土工合成材料筋材蠕变试验结果及蠕变特性分析，构建一种考虑蠕变-温度耦合效应的筋材本构模型，并利用二维瞬态热传导方程，建立计算加筋土挡墙温度的有限差分公式，进而确定加筋土挡墙温度并结合筋材本构模型计算面板水平位移和筋材最大应变，综合分析了初始温度、温度幅值、筋材层间距、墙顶超载、填土内摩擦角和导热率等因素对挡墙水平位移和筋材应变的影响。计算结果表明：挡墙竣工后初次环境温度升温过程使面板水平位移和筋材最大应变增加明显，后续温度周期性变化时挡墙变形增长缓慢；挡墙初始温度越高，其初期变形增加明显，而增加温度幅值导致面板长期变形量增加明显；增加墙顶超载、筋材层间距或减小填土摩擦角，导致相同时间内面板水平变形增加明显；填土导热率对面板水平位移和筋材最大应变的影响较小；环境温度周期性变化下，3 a内挡墙最大水平位移δ_max与墙高H比值δ_max/H变化范围在0.9%～1.5%；筋材最大应变靠近面板且最大值接近10%的限值，实践中应重点关注靠近面板的筋材长期性能变化对加筋土挡墙变形和稳定性影响。     

面板和筋材刚度对加筋土挡墙工作性状的影响

利用有限元法研究了面板和筋材刚度对不同坡度下加筋土挡墙应力变形特性的影响。结果表明:斜坡加筋土挡墙的面板侧向位移和侧向土压力比修筑在水平场地上的挡土墙更高,同时,侧向土压力随面板刚度的增大以及筋材刚度的减小而增大,面板侧向位移随筋材刚度的增大而减小,但随着面板刚度的增大,面板侧向位移呈现先减小、后增大的趋势,面板最大侧向位移所处的位置由面板中部上移至顶部,并产生了类似悬臂结构的绕墙趾转动趋势,同时,面板的挠曲也逐渐减小。研究结论可为加筋土挡墙在山区公路修筑中的应用提供一定指导。     

静动载下筋材变化对加筋土挡墙性能影响分析

为了研究动静荷载下,加筋长度及筋材类型变化对加筋土挡墙工作性能的影响,进行了7种工况下的加筋土挡墙模型试验,对比分析了加筋土挡墙的水平土压力、水平土压力系数、墙面水平位移和加载板竖向沉降及筋材应变等参数的发展规律。试验结果表明:动载下加筋土挡墙筋材应变随着加载时间的增长、加筋长度的减小、位置高度的增加而增大,且顶层筋材应变远远大于其他层;加筋长度及筋材横肋的减少明显降低挡墙的承载性能,格栅横肋减少导致挡墙极限承载力降低18% ,加筋长度减少使面板水平位移最大增大了2.2倍;与静载作用下相比,动载下土工格栅的侧向约束作用及网兜效应能够得到更好地发挥。     

交通荷载下台阶式加筋土挡墙动力响应的试验研究

台阶式加筋土挡墙在山区道路边坡支挡结构中应用广泛,针对总高相同的二级台阶式加筋土挡墙开展1∶3大型缩尺模型试验,首先分析交通循环荷载作用下台阶宽度D对加筋土挡墙顶部基础沉降比的影响,进而选取D=0.4H2(H2为下级挡墙高度)的台阶式加筋土挡墙,研究交通荷载幅值及频率变化时,挡墙位移、土压力、筋材应变和潜在滑动面的动力响应规律。结果表明:加载初期挡墙顶部沉降和面板水平位移增加明显,但随循环次数增加呈收敛趋势;面板最大水平位移出现在上级墙高约0.85H(H为总墙高)处,且分布模式几乎不受幅值及频率变化影响;荷载幅值和频率对上级挡墙筋材应变的影响明显,下级挡墙筋材在上级墙趾下方处应变较大;二级挡墙水平土压力值沿墙高均呈顶部与底部小而中部较大的分布形式;上级挡墙潜在破裂面随荷载幅值增大而下移,由局部破坏逐渐向深层整体破坏演变;填筑过程将使下墙近面板处垂直应力增至约为1.5倍自重。研究结果将为台阶式加筋土挡墙设计与施工提供有益指导。     

论返包式土工格栅的加筋土高挡墙试验

为了研究返包式土工格栅加筋土高挡墙结构的受力、变形状态,分析其作用机理,进行了包括加筋土墙体基底应力、墙背侧向土压力、拉筋拉力和墙面水平变形等内容的现场试验,研究了加筋土墙体基底垂直应力、不同层位的拉筋拉力沿筋长的分布规律,加筋土挡墙潜在的破裂面位置,墙背侧向土压力沿墙高的分布规律以及墙面水平变形规律。测试结果表明,加筋土挡墙基底垂直土压力沿土工格栅拉筋长度方向呈非线性分布,最大值发生在拉筋中部附近,向拉筋两端方向逐渐减少;实测墙背侧向土压力沿墙高呈非线性形式分布,其值小于主动土压力;上部墙体拉筋应变沿筋长呈单峰值分布,下部墙体拉筋应变沿筋长呈双峰值分布;上部墙体潜在破裂面形状与"0.3H法"接近,而下部墙体潜在的破裂面形状与朗肯主动土压力理论接近;施工期墙面最大水平变形位置在墙高的下部,竣工后墙面最大水平变形发生在墙顶处等结论。     

基于墙趾真实约束条件的模块式加筋土挡墙数值模拟

墙趾约束条件对硬质墙面加筋土挡墙性状影响显著。基于混凝土模块与级配碎石土直剪试验剪应力和剪切位移关系曲线,建立一非线性双曲线界面模型,并通过FLAC有限差分程序分析刚性地基上3.6 m高聚丙烯土工格栅加筋土挡墙在工作应力下的墙趾界面剪切特性、墙面和墙趾位移以及墙趾和筋材承担的荷载,得出在挡墙填筑过程中墙趾界面剪应力-剪切位移曲线呈上凹型;墙趾界面上的正应力、界面剪切刚度及墙趾和筋材承担的荷载随挡墙填筑高度而增大,在挡墙填筑至3.6 m时,其界面正应力是墙面模块自重应力的1.7倍,墙趾承担约87%的作用在墙背上的总水平荷载;在挡墙填筑初期由于界面剪切刚度较小,墙面和墙趾位移增大显著。较挡墙模型试验及以往数值模拟采用的墙趾恒定约束刚度,论文采用的双曲线界面模型可更好地反映挡墙墙趾与地基土真实剪切性状。     

半挖半填工况加筋土挡墙失稳机制试验研究与上限法分析

 设计并制作半挖半填工况的绿色加筋格宾模型挡墙,通过在挡墙顶部施加分级均布荷载,测试挡墙在各级荷载作用下的变形、土压力和筋材拉应变,并进行数值模拟,探讨挡墙承载力的发展规律和失稳模式;基于塑性极限分析的上限法,建立半挖半填工况加筋土挡墙的极限承载力,安全系数和极限高度的计算方法。研究表明：在墙顶分级均布荷载作用下,半挖半填工况加筋土挡墙承载力的发展过程可分为初始压密、正常发展、屈服和破坏失稳4个阶段;挡墙墙顶竖向沉降呈三角形分布,挡墙沿填挖交界面发生滑移失稳;挡墙面墙变形、土压力和筋材拉应变分布规律受挡墙的失稳模式影响;所推导的半挖半填工况加筋土挡墙稳定性分析方法考虑台阶面筋材的作用,具有较高的精度。     

加筋土挡墙相似比例模型试验研究

本文对一软土地基上土工格栅反包直立墙面加筋土挡墙进行了相似比例模型试验,以土工格栅为筋材,以砂土为填料,分析其在顶部条形荷载作用下,墙顶沉降、墙面水平位移、墙底地基垂直应力、地基中孔隙水压力、加筋应变的变化规律。对其工作性状及其稳定性作了探讨。     

平移模式下挡土墙主动土压力的确定

平移模式下的挡土墙主动土压力的分布与墙体位移量密切相关。本文考虑挡土墙在满足滑移稳定的前提下,利用改进的极限平衡理论,建立了滑移与抗滑移平衡方程,得到了墙体位移未知情况下,挡土墙主动土压力确定的一种新方法,并分析了墙顶宽度对挡土墙主动土压力分布的影响。结果表明:墙顶宽度有一个合理的取值区间,其区间的上、下限值随挡土墙的基底倾角、墙面倾角的增大而增大,随填土表面超载的增大而减小;当墙顶宽度小于区间下限时,挡土墙滑移失稳;当墙顶宽度在区间范围内增大时,达到主动平衡状态的位移逐渐减小,主动土压力大致由库伦土压力向静止土压力过渡;当墙顶宽度大于区间上限时,主动土压力分布则与静止土压力分布一致。     

基于正交设计方法的加筋土挡墙侧向变形影响因素敏感性分析

以某座玻璃纤维土工格栅加筋土挡墙为依托,基于正交设计的科学方法,利用大型有限差分软件FLAC3D对该加筋环挡墙进行数值计算,得到了侧向水平位移沿挡墙高度方向的分布规律,计算结果表明,填料摩擦角、筋材间距、面板厚度、加筋长度对加筋土支挡结构侧向水平位移的影响程度依次递减;最大侧向位移值随加筋长度、面板厚度、填料内摩擦角增大而减小,随竖向加筋间距的增加而递增。研究成果可为加筋土挡墙设计及后续研究提供一定参考。     

不同墙趾约束条件下模块式加筋土挡墙离心模型试验

开展了墙趾正常约束、仅对模块–基座界面作光滑处理、仅对基座–地基界面作光滑处理,以及对基座–地基界面作光滑处理且将基座前方土体挖除这4组不同墙趾约束条件的模块式加筋土挡墙离心模型试验,以研究工作应力下墙趾约束条件对挡墙内部稳定性的影响。研究结果表明,墙趾约束条件对模块式加筋土挡墙内部稳定性影响显著;对模块–基座界面作光滑处理的挡墙,其底层模块沿该界面滑移,挡墙中下部的墙面水平位移和筋材应变明显增大,筋材连接力沿墙高呈三角形分布;对基座–地基界面作光滑处理的挡墙,基座前方地基土仍可给基座提供足够的墙趾约束作用,挡墙内部稳定性同墙趾正常约束情况;对于基座–地基界面作光滑处理后又将基座前方土体挖除这种模拟墙趾受到冲刷的挡墙,其基座沿该界面滑移,挡墙中下部的墙面水平位移和筋材应变显著增大,筋材连接力接近极限状态AASHTO法计算的筋材最大拉力,但挡墙仍能保持稳定;在墙趾可能受到冲刷的极端情况下,挡墙在设计上不应考虑墙趾的约束作用,而对于正常服役状态的挡墙,可采用考虑墙趾约束作用的K-刚度法进行挡墙内部稳定性的计算。     

基于极限状态内力分析的台阶式加筋土高挡墙内部稳定性设计方法

分级台阶设计常用于加筋土高挡墙中,目前相关设计方法滞后于实际工程。基于极限平衡法建立了台阶式加筋挡墙的筋材内力计算方法,用于确定极限状态下筋材内力分布,从而提出了台阶式加筋挡墙内部稳定性设计方法。从安全设计所需的筋材强度和筋材长度两个方面开展参数分析,揭示了台阶宽度、分级级数、分级挡墙高度等因素对挡墙内部稳定设计结果的影响规律。分析结果表明:稳定所需的筋材强度和长度随台阶宽度增加而减小,超过台阶临界宽度后筋材强度不变,直到各级挡墙完全独立筋材长度不变;台阶总宽度固定时,相比简单的放坡方式,台阶分级可以显著减小筋材强度和长度,宽度较大时双级挡墙筋材用量最少;上级挡墙高度稍大于总墙高一半时,双级挡墙稳定所需筋材强度和长度最小。     

竹筋加筋土挡墙的力学性能研究

基于攀西地区盛产的凤尾竹的试验结果,利用数值分析软件PLAXIS建立数值分析模型,施加汶川卧龙地震波,分析了地震作用下竹筋加筋土挡墙的动力特性,得出以下结论：①墙体位移模式基本上不随地震烈度的增加而变化,墙体始终为整体的平动＋绕基础的转动;②随地震烈度的增加,墙体绕基础的转角逐渐增大,挡墙的整体平移量也越大;③在输入任何峰值加速度的地震波作用下,自墙底至0.4倍墙高范围内,水平加速度沿墙高逐渐减少;自0.4倍墙高至墙顶范围内,水平加速度沿墙高逐渐增加。     

路堤式加筋土挡墙的试验研究

对铁路路堤式加筋土挡墙的墙面板水平土压力、墙后土体垂直土压力及加筋材料变形进行了现场原位试验,分析了加筋土挡墙面板水平土压力沿墙高的变化及分布规律、墙后土体垂直土压力变化及加筋材料的变形随填高及时间的变化规律。路堤式加筋土挡墙的面板水平土压力沿墙高呈曲线型分布,同一水平面同一层拉筋的不同位置垂直土压力不一致,实测垂直土压力与理论垂直土压力的比值随距面板的距离增大而线性增大,并得出了路堤式加筋土挡墙的破裂面。     

高烈度地震区高大加筋土挡墙地震反应特性与抗震设计措施研究

运用有限差分方法分析汶川地震中发生破坏的双级加筋土挡墙破坏机理,并与震害调查结果比较。在此基础上,讨论面板厚度、平台宽度及墙面坡角对双级加筋土挡墙动力响应的影响。计算结果表明:地震作用下各级挡墙绕着基础发生水平转动变形,最大水平变形发生在墙顶,沉降变形主要发生在上级挡墙墙面附近,水平变形和沉降变形随输入地震动的增大而增大;在高烈度地震区(峰值加速度为0.4g),挡墙的水平变形随平台宽度的增大而增大,挡墙的沉降变形随平台宽度的增大而减小,并且改变平台宽度不会改变挡墙的变形特性;与直立挡墙相比,倾斜挡墙的水平变形和沉降变形明显减小。研究结果对高烈度区高大加筋土挡墙的抗震设计有一定的参考价值。