筋_板无连接加筋土挡墙受力变形特性分析.pdf

第３１卷第４期
中外公路
８１２０１１年８月

文章编号：１６７１－２５７９（２０１１）０４－００１８－０４
筋－板无连接加筋土挡墙受力变形特性分析

张维全，韩冬
（重庆交通大学土木建筑学院，重庆市４０００７４）

摘要：综合考虑水对加筋土挡墙的影响及加筋土挡墙中面板的作用，提出一种新型加筋
土结构，即墙后设置砂反滤层的筋－板无连接加筋土挡墙。采用复合材料理论，对其进行了
非线性有限元分析。研究内容包括加筋土挡墙的应力分布、沉降及墙面侧向位移分析。计算
结果表明：无连接加筋土挡墙的结构特性较传统加筋土挡墙有一定的优越性，具有应用及推
广的实用价值。
关键词：加筋土挡墙；反滤层；受力变形；非线性有限元分析

该反滤层不但可以减少水对加筋土挡墙结构稳定性的
１引言负面作用，而且还可以有效削减加筋土体对面板的土
压力作用，使对面板位移有影响的填土仅限于墙后一
加筋是土工合成材料工程应用中的一个重要领定范围内的砂砾土。根据工程经验，墙面板采用１∶
域。“加筋土”概念由２０世纪６０年代法国工程师０．２坡面设计。
ＨｅｎｒｉＶｉｄａｌ提出。即仿照钢筋混凝土中利用钢筋的
抗拉强度高来弥补混凝土抗拉强度不足的原理，在土
中掺入具有高抗拉强度的加筋材，提供土体所需的抗
拉强度，并借由加筋材与周围土体的相互作用，不同程
度地改善土体的强度与变形特性。加筋土作为支挡结
构和土体的稳定体系，具有施工简便、占用场地少、高
挡墙技术可行、造价低廉等优点，被广泛应用于挡墙、
桥台、港口岸墙、道路路堤、水工坝体、边坡以及加固地
基等工程，取得了巨大的经济效益和社会效益。
现有加筋土挡土墙由面板、加筋材和填料组成，其
中面板与加筋带之间采用刚性连接或摩擦连接或加筋图１设砂反滤层筋－板无连接加筋土挡墙
环连接。在加筋土挡墙设计研究中，认为加筋带对混断面图（单位：ｃｍ）
凝土面板的侧向变形有很好的约束作用，而文献［２］中
通过理论分析得出，在加筋挡土墙中，面板的作用大为２无连接加筋土挡墙有限元分析
减小，在大多数情况下可以不设面板。这就说明筋材
对面板侧向位移的影响并不像分析研究中那么可观。加筋土的有限元分析主要有３种方法：一种是将
并且，地震等动力载荷作用下导致的面板与筋带连接筋材与土分开考虑，土体和筋带各自划分为足够小的
处因应力集中而发生破坏的工程例子也屡见不鲜。单元，按照土体和筋带不同的力学性质，选择多种不同
鉴于此，笔者提出一种加筋土挡墙新结构，即面板的单元类型，它可以揭示土体和筋带之间的微观作用
与筋带之间不连接。并考虑水的作用也是加筋挡土墙机理，但应用此法在面板与筋带连接处出现了两个接
破坏的一个重要因素，在面板与加筋土之间设置１．０触单元交接的特殊单元（无面积且无厚度），给计算带
厚的砂反滤层结构断面形式如图所示
～１．５ｍ，１。来了相当的不便；第二种是由介玉新、李广信（１９９９）提

收稿日期：２０１０－１２－２１
作者简介：张维全，男，教授．
年第期张维全等筋板无连接加筋土挡墙受力变形特性分析
２０１１４，：－９１

出的等效附加应力分析方法，此法将筋带离散于整个
单元中，把单元视为连续均匀的材料，这种方法的明显
缺点是无法揭示筋带与土之间相互作用的微观机理，
导致计算结果与工程实际有偏差；此外可以将筋土合
为一体，作为一种复合材料整体考虑。实际工程中，与
土体直接作用的并不是筋带本身，而是附着在筋带上
的薄层土体，故该文将采用复合材料的方法，根据填料
与筋带各自的参数，将加筋土转化为一种等价的均质
图３加筋土的简单力学模型图
材料，采用均质材料的有限元方法求解。
（３）该文分析的加筋挡土墙面板之间选用摩擦作
２．１有限元分析的基本假定
用，不宜应用梁单元，因而应用平面四节点等参单元。
（１）墙体足够长，按平面应变问题处理。
（４）墙后砂反滤层及加筋段填料均采用Ｄｒｕｃｋｅｒ
（２）筋土复合材料视为宏观上均匀连续材料，根
－Ｐｒａｅｒ（Ｄ－Ｐ）理想弹塑性本构模型，该模型采用广
据应变相容概念，假设筋土之间无相对滑动；且筋带与ｇ
义ＶｏｎＭｉｓｅｓ屈服准则。此次分析中砂反滤层的膨
土体在复合状态下的性能与未复合前相同。筋－土单
胀角不为０，故采用该模型的相关联流动法则。由于
元本构关系参考文献［６］中的本构方程。其代表单元
是理想弹塑性模型，所以没有硬化准则。
和简单的力学模型可表示如图２、３所示。
（５）填土－面板界面单元采用面－面接触单元。
切向刚度系数随水平应力的变化采用双曲线来模拟。
２．２有限元计算模型
该文研究的无连接加筋土挡墙如图１所示，墙面
垂直，墙高６ｍ，共设１１层加筋带。筋带长按墙高计
算取４．２ｍ，层间距０．５ｍ。混凝土面板厚０．１２ｍ。
基于试验结果与经验，对加筋段填料、砂反滤层、筋土
复合材料、面板及相应接触面所选取