不同土性对双面加筋土挡墙土压力的影响.doc

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不同土性对双面加筋土挡墙土压力的影响
不同土性对双面加筋土挡墙土压力的影响

摘要：采用非线性有限元法对某工程实例双面加筋土挡墙成功模拟的基础上，通过改变填料土和地基土体的物理性质，分析其对挡土墙墙背水平土压力的影响，结果表明，填料土的C、值改变对挡土墙墙背水平土压力基本没有影响，地基土和填料土的变形模量对挡土墙土压力影响较为明显，研究成果对该挡土墙的优化设计和进一步推广应用提供参考依据。

关键词:双面加筋土挡墙；土压力；非线性有限元法；填料土；地基土；
中图分类号：TU476文献标识码：A

加筋土技术在国内外工程界应用越来越广泛。双面加筋土挡墙作为一种新型的支挡结构形式，具有成本低、材料耗费少、施工方便等优点。目前广泛应用于山区高填方路堤工程中，该结构是由填料土、拉筋和面板组成的一种复合体，面板采用多边形混凝土预制板，可人工安装，填土采用压路机分层碾压，通过拉筋与填料间的摩擦作用，使得土体的物理和力学性质得到了很大的改善，从而增强了原土体的强度、稳定性和抵御外荷载的能力。由于该结构对地基的适应性强，具有广阔的应用前景。其构造形式如图1所示。

1—对拉钢筋；2—填料土；3—预制混凝土面板；4—条形基础
图1双面加筋土挡墙结构示意图
目前，工程技术人员和科研工作者[1][2]对双面加筋土挡墙的工作机理和土压力分布进行了理论分析和试验研究，取得了一定的研究成果。为深入探讨双面加筋土挡墙对地基土的适应性和推广应用价值，本文从填料土和地基土的物理性质改变对挡土墙土压力的影响进行分析，为该挡土墙结构的进一步优化设计和推广应用提供可靠的理论依据。
1工程概况
远安至当阳国防公路扩建工程从K5+996.04至K6+076.04为由低到高的填石路堤公路，全长80米，路堤最高11.0m，最低8.0m，平均路堤高度约9.6m，路基宽度为20.0m，双向四车道，沥青混凝土路面，因所占土地为良田，为节约土地资源，经综合分析论证，采用双面加筋土挡墙的结构形式，基础采用现浇C20混凝土基座和7.5#砂浆砌片石基础，两侧墙面板为正六边形板，采用C20钢筋混凝土现场预制。拉筋采用经防锈蚀处理的Ф8~Φ12的HPB235级钢筋。
2计算模型
双面加筋土挡墙可采用平面应变模型进行二维有限元计算，地基土模型计算深度为10m，计算宽度为2倍的路堤宽度，即40m，取对称结构分析，有限元模拟的几何模型如图2所示。挡土墙的基础、面板及拉筋均采用线弹性模型，其中混凝土面板、基础及填土均采用四结点等参单元，拉筋采用杆单元，填料土和地基土均采用Drucker—Prager准则。为真实地反映土体与混凝土基础、面板及拉筋等材料接触面的力学特性，通过在相互接触界面上设置Goodman无厚度接触单元，采用Mohr-Coulomb准则模拟摩擦滑移特性，反映接触界面上的相对滑动、脱离接触和闭合张开等变形机理，接触面单元为一无厚度的四结点单元，其应力及相对位移关系可表示为：
（1）
式中：、分别为接触面单元的切向和法向刚度系数；、分别为接触面上切向和法向相对位移。

图2有限元网格图
该扩建工程路段的挡土墙墙后填料为天然砂砾石土，地基土为粉质粘土，根据葛洲坝股份有限公司试验中心提供的试验报告，其物理力学性质指标见表1，接触面单元为一维Goodman单元，其计算参数见表2。面板和条形基础均为混凝土结构，计算参数有弹性模量，泊松比，容重。双面加筋挡土墙结构中的拉筋为HPB235级碳素钢，计算中将拉筋视为线弹性的一维杆单元，假定拉筋只具有抗拉强度，而不考虑其抗压和抗弯性能，在一般情况下，其应力应变关系处在弹性范围内，分析时将其处理为线弹性材料；计算参数中弹性模量取值为。
表1土体物理力学性质指标
土体类型重度/(KN.m-3)压缩模量/MPa泊松比内摩擦角/(°)粘聚力/KPa
填料土19.6400.353828
地基土18.0200.352515
表2接触面单元参数
接触面类型
土—拉筋0280.470.65
土—混凝土0301.00.9
3计算结果分析
图3为面板后水平土压力有限元结果与实测结果、理论计算结果的对比曲线。从图中可知，墙后水平土压力分布与郎肯主动土压力和静止土压力计算结果有较大差异，主要是由于属于柔性结构的挡土墙的变形受到墙后拉筋的限制，引起墙面位移的侧向土压力与拉筋的抗拔阻力处于动态平衡。在墙体上部，其值小于主动土压力，在墙体中下部，其值介于主动土压力和静止土压力之间，最大土压力均位于墙体下部，如在距墙底1.6米处，有限元分析结果及实测值分别为65.6KPa、53.5KPa，而主动土压力和静止土压力值分别为37.3KPa、60.26KPa。因此，有限元分析结果与现场测试值具有较好的一致性，说明采用有限元分析双面加筋挡土墙结构是可行的。