加筋土擋墻變形研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

摘 要：加筋土擋墻運(yùn)用非常廣泛，其變形的影響因素和計(jì)算方法研究對工程的安全使用及其應(yīng)用和推廣有著重要意義。通過對加筋土擋墻變形的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而預(yù)測發(fā)展趨勢，對將來的研究有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：加筋土擋墻；變形；發(fā)展趨勢

引言

近年來，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)發(fā)展，隨著水利工程、市政工程、高速公路、高速鐵路等一系列基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的開展以及對巖土技術(shù)研究的不斷深入，新型材料的不斷涌現(xiàn)，加筋土技術(shù)在工程方面得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。在國內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在交通、水利、市政等行業(yè)，尤以加筋土擋墻和加筋土護(hù)岸工程居多，多年工程應(yīng)用實(shí)踐表明，加筋土技術(shù)的推廣應(yīng)用取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 加筋土擋墻變形研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)行加筋土擋墻設(shè)計(jì)方法基于試驗(yàn)基礎(chǔ)考慮了墻的整體穩(wěn)定性，加筋體的斷裂和抗拔能力，但很少考慮實(shí)際工作狀態(tài)下地基和擋土墻的變形。一方面，相對現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法基于的典型幾何尺寸和荷載而言，墻的變形相對較小但對于已經(jīng)超出經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法考慮范圍以內(nèi)的非標(biāo)準(zhǔn)斷面和加載條件下的加筋土擋墻的設(shè)計(jì)來說，考慮墻的變形性質(zhì)就顯得更為重要；另一方面，通常認(rèn)為加筋土擋墻作為柔性結(jié)構(gòu)，變形協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)，不需要對地基進(jìn)行任何處理就可以進(jìn)行加筋土擋墻工程施工。然而，在工程實(shí)踐中，不少加筋土擋墻工程在承載力滿足要求的情況下由于變形過大而發(fā)生坍塌，表明在加筋土擋墻設(shè)計(jì)中考慮變形的影響和控制的重要性。因此開展針對性的加筋土擋墻的變形研究既具有理論研究意義，也具有現(xiàn)實(shí)意義。

各國學(xué)者進(jìn)行了多種加筋土模型試驗(yàn)和數(shù)值分析，以最為傳統(tǒng)、安全而保守的極限平衡法為主，以及伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的有限元法對加筋土填料、筋材、面板剛度、地基土的壓縮性和超載對加筋土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響、筋土相互作用機(jī)理開展了一系列的研究并得到了許多的成果，變形控制設(shè)計(jì)理論和強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)理論是加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要理論基礎(chǔ)。

通過對工程的現(xiàn)場實(shí)測，建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、建立?shù)值模型對各種形式、高度的多種加筋土擋墻進(jìn)行了分析，總結(jié)了很多的規(guī)律、推導(dǎo)出了一些新穎的算法、開發(fā)出了新的計(jì)算程序、提出了新的理論分析模型，為以后更好的應(yīng)用這一技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1 加筋土擋墻變形影響因素

加筋土擋墻墻面水平變形由加筋體的水平變形和墻后非加筋土體的水平變形組成。影響加筋土擋墻變形的因素很多，有地基土的彈性模量、加筋體剛度、加筋體長度、加筋體豎向間距、墻后填料、墻高、面板形式、斷面形式、條形荷載、擋墻面板基礎(chǔ)等。

各種影響因素的單因素變化和多因素變化所得到的分析結(jié)果都是有差異的，這就要求在進(jìn)行分析的時(shí)候充分考慮影響因素的特性。

1.2 加筋土擋墻變形計(jì)算

1.2.1 水平變形計(jì)算

目前計(jì)算加筋土擋墻水平變形的方法主要有三種：（1）采用極限平衡法根據(jù)假設(shè)的拉筋應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算拉筋應(yīng)變，通過對拉筋的應(yīng)變積分計(jì)算墻面水平變形；（2）采用有限元方法計(jì)算墻面水平變形和拉筋應(yīng)變，有限元法采用土體非線性模型，利用有限元法程序得出的水平變形結(jié)果比較精確；（3）用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法建立設(shè)計(jì)表圖計(jì)算墻面水平變形。

1.2.2 垂直變形計(jì)算

加筋土擋墻的垂直變形計(jì)算與一般的沉降計(jì)算方法相同，垂直變形主要是由擋墻下部的地基土的沉降變形和加筋土體的沉降變形兩部分組成。地基土的沉降一般包括瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降，這三個(gè)沉降的總和稱為地基最終沉降量，計(jì)算方法有彈性力學(xué)方法、分層總和法、應(yīng)力面積法等。在計(jì)算加筋土體沉降時(shí)需考慮面板材料和面板形式和填料回填程序等問題。

2 加筋土擋墻變形研究發(fā)展趨勢

加筋土擋墻變形研究發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了很多的成果，但主要集中在對結(jié)構(gòu)的加筋機(jī)理、設(shè)計(jì)和施工、測試有關(guān)的規(guī)范的建立和健全階段等方面，總體來說理論滯后于實(shí)踐。

現(xiàn)有的加筋土結(jié)構(gòu)數(shù)值分析大多假設(shè)土和筋材是彈性材料且為各向同性的，這種假設(shè)對高分子土工合成材料是不正確的，一般數(shù)值計(jì)算都沒有考慮初始問題，也沒有考慮初始狀態(tài)隨時(shí)間變化的問題，這就忽視了邊界條件和初始條件的設(shè)定。今后在數(shù)值計(jì)算的時(shí)候要考慮初始問題，也要設(shè)定邊界條件和初始條件，這樣得出的結(jié)果才更準(zhǔn)確，更有說服力。傳統(tǒng)的分析方法建立在加筋土體的極限平衡理論基礎(chǔ)上，即假設(shè)破裂面，筋材從土中拔出或拔斷來分析加筋土體拉力破壞或粘著破壞時(shí)的承載力，無法描述結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理。

本構(gòu)模型的選擇是數(shù)值分析中的重要一環(huán)，對分析結(jié)果有著重要影響。以后在本構(gòu)模型的選擇，建立從小變形到破壞的全過程數(shù)值分析，數(shù)值分析與現(xiàn)場原型觀測的密切結(jié)合，以及各種形式加筋土擋墻研究結(jié)果的分析整理都需要更加深入的研究。尤其在加筋土擋墻變形的公式方面，不少專家和學(xué)者都提出了計(jì)算公式，但基本上都是由特定的工程推導(dǎo)而來，考慮的影響因素并不周全，并不能準(zhǔn)確反映擋墻的變形情況。通過分析各種因素對擋墻變形的影響，歸納出包含各種影響參數(shù)的水平和豎向變形公式值得研究。

3 結(jié)束語

加筋土擋墻變形研究取得了豐富的成果，但是很多理論知識、數(shù)值模型都還不成熟，需要不斷的完善和補(bǔ)充。各種理論計(jì)算方法應(yīng)該更加接近工程實(shí)際才能有深刻的指導(dǎo)意義，才能為工程項(xiàng)目提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

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作者簡介：何偉（1989，12-），男，碩士，主要從事港口、航道及近海工程設(shè)計(jì)。