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        加筋土擋墻穩(wěn)定性模型試驗(yàn)研究★

        2016-11-03 03:16:52張瑞俏劉小文
        山西建筑 2016年23期
        關(guān)鍵詞:筋帶抗拔擋土墻

        張瑞俏 劉小文

        (南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330031)

        ?

        ·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

        加筋土擋墻穩(wěn)定性模型試驗(yàn)研究★

        張瑞俏劉小文

        (南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院,江西 南昌330031)

        通過(guò)模型試驗(yàn),采用牛皮紙作為砂土中加筋材料,硬紙板作為擋墻,研究了不同筋條長(zhǎng)度、寬度、筋條水平及豎向不同間距下?lián)鯄λ艹惺艿淖畲蠛奢d,定量分析了各方案下加筋土擋墻的穩(wěn)定性及各因素對(duì)擋土墻穩(wěn)定性的影響,提出了增強(qiáng)加筋土擋墻穩(wěn)定性的方法。

        擋墻,加筋土,模型試驗(yàn),穩(wěn)定性

        0 引言

        加筋擋土墻與傳統(tǒng)擋墻相比,具有更好的柔性特征,能夠適應(yīng)地基輕微變形,抗震穩(wěn)定性良好;占地少,施工方便,造型美觀,且造價(jià)上具有優(yōu)勢(shì)。1965年,法國(guó)工程師HenriVidal提出現(xiàn)代加筋土[1]的理論,金屬加筋的應(yīng)用得到迅速推廣,之后又發(fā)展到利用鋼筋混凝土構(gòu)件作為加筋材料,而目前多種土工合成材料成為加筋材料的主流。

        加筋土有兩種破壞模式,分別為:筋土因相對(duì)滑動(dòng)而使筋帶被拔出——通常發(fā)生在周?chē)鷫毫^小、加筋的間距較大的情況下,加筋土的抗剪強(qiáng)度取決于筋土界面的摩擦抗剪強(qiáng)度;筋帶拉斷——通常發(fā)生在周?chē)鷫毫^大、加筋的間距較小的情況下,加筋土的抗剪強(qiáng)度取決于加筋的抗拉強(qiáng)度[2]。但有關(guān)加筋土擋墻穩(wěn)定性因素的研究有待深入。

        1 擋墻模型設(shè)計(jì)

        為研究方便,試驗(yàn)在砂箱中進(jìn)行(見(jiàn)圖1)。砂箱尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為75cm×50cm×50cm;采用標(biāo)準(zhǔn)牛皮紙做筋帶,標(biāo)準(zhǔn)紙板為墻面板,墻后填料為標(biāo)準(zhǔn)砂。擋墻制作過(guò)程為:在墻后填土前,在標(biāo)準(zhǔn)紙板后放置厚15mm、可移動(dòng)的膠合板以保持填土過(guò)程擋墻穩(wěn)定,待筋條與紙板粘貼好后,在填土過(guò)程中根據(jù)加筋位置在土中埋入筋條。填土完成后,移開(kāi)膠合板,觀察擋墻穩(wěn)定性。通過(guò)在擋墻填土面載加荷,分析加筋方案對(duì)擋墻穩(wěn)定性影響。

        試驗(yàn)材料參數(shù)為:填土為標(biāo)準(zhǔn)砂,重度γ=16.15kN/m3,粘聚力C=0,內(nèi)摩擦角φ=43.2°;筋帶的抗拉參數(shù):筋帶每單位寬度的抗拉強(qiáng)度F拉=3.3N/mm;筋帶(牛皮紙帶)與土體(標(biāo)準(zhǔn)砂)的摩擦系數(shù)μ=0.47。

        2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

        表1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

        共進(jìn)行了三組試驗(yàn),沿?fù)鯄Ω叨确较蚓鶆虿贾昧?排,間距10cm,水平方向各排布置數(shù)量不一,布置見(jiàn)圖2。三組方案筋條布置參數(shù)見(jiàn)表1。表1中擋墻穩(wěn)定性分析參考文獻(xiàn)[3]進(jìn)行。

        試驗(yàn)1,當(dāng)填土面加載至25kg附加荷載時(shí)發(fā)生內(nèi)部穩(wěn)定性破壞。具體表現(xiàn)為第3層筋帶部分?jǐn)嗔?、?層筋帶全部斷裂。具體原因?yàn)椋阂罁?jù)內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得,第4層、第5層筋帶抗拉穩(wěn)定性不夠。因此,破壞應(yīng)從第4層筋帶斷裂開(kāi)始。而從抗拔穩(wěn)定性分析可得,筋帶提供的摩擦力不足以平衡土壓力,因此在第4層筋帶斷裂后,第3層筋帶隨之?dāng)嗔?,其他各層筋帶從土中拔出,此時(shí)第5層筋帶還未來(lái)得及斷裂。

        試驗(yàn)2,加載至20kg附加荷載時(shí)整個(gè)面板傾倒,但筋帶未發(fā)生斷裂,筋帶從土中被拔出。具體原因?yàn)椋河蓛?nèi)部穩(wěn)定性分析可得,各層筋帶抗拉穩(wěn)定性滿足要求,但抗拔穩(wěn)定性不滿足要求,因此筋帶因提供的摩擦力不足從土中拔出而破壞。

        試驗(yàn)3,加載至150kg時(shí),加筋土復(fù)合體仍處于穩(wěn)定狀態(tài),未發(fā)生破壞。具體原因?yàn)椋赫w穩(wěn)定性滿足要求,由內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得,筋帶抗拉穩(wěn)定性不滿足要求、抗拔穩(wěn)定性滿足要求。而筋帶未發(fā)生斷裂,仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。這是因?yàn)楸敬卧囼?yàn)通過(guò)增加振搗次數(shù)使得夯實(shí)度提高,而夯實(shí)度的提高使填土內(nèi)摩擦角增大,從而使朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)減小,一定高度內(nèi)主動(dòng)土壓力合力減小,抗拉穩(wěn)定性提高。

        3 影響因素分析

        1)筋帶寬度。加筋土復(fù)合體中拉應(yīng)力表現(xiàn)為筋帶阻止面板發(fā)生側(cè)向變形。為了防止筋帶被拉斷,可以通過(guò)增加筋帶寬度實(shí)現(xiàn)。對(duì)比1,2試驗(yàn)數(shù)據(jù),在兩次試驗(yàn)所用筋帶總面積相同(500cm2),承受荷載相同的情況下,試驗(yàn)1中第3層筋帶寬度均為6mm,造成第3層筋帶部分?jǐn)嗔?;而第二次試?yàn)在不改變第3層長(zhǎng)度的前提下,將其寬度增加至7mm,第3層筋帶全部完好無(wú)損。通過(guò)內(nèi)部穩(wěn)定性分析可得,增加寬度使得單根筋帶提供的摩擦力增大,而筋帶寬度的增大使得容許的拉力也隨之增大,因此,為了防止筋帶發(fā)生張拉破壞,增加筋帶寬度效果明顯。此外,通過(guò)對(duì)比兩次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),減少第1層筋帶寬度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯影響,說(shuō)明下部筋帶承受的拉力較大,對(duì)寬度的要求較高,因此為節(jié)約材料可以適當(dāng)減少第1層寬度。

        2)筋帶長(zhǎng)度。依據(jù)試驗(yàn)可得增加筋帶長(zhǎng)度有利于提高筋帶的抗拔穩(wěn)定性。這是因?yàn)榧咏顡跬翂顜У拈L(zhǎng)度除需要滿足滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度的要求外,需要依據(jù)其所受的土壓力計(jì)算穩(wěn)定區(qū)的長(zhǎng)度。假設(shè)土壓力在某一微分段所引起的水平推力為ΔT,豎向荷載和土的自重為N,筋帶與土體之間的摩擦力為μ,筋帶的有效區(qū)(穩(wěn)定區(qū))長(zhǎng)度為L(zhǎng)ai,筋帶寬度為b,因?yàn)榻顜舷卤砻婢峁┠Σ亮?,因此在外荷載和土的自重作用下單根筋帶所提供的摩擦力f=μ×N×b×Lai×2,如果拉筋與土體之間的摩擦力滿足f>ΔT,則拉筋與土之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),如果各層筋帶摩擦力均大于其水平土壓力,則加筋擋土墻滿足抗拔穩(wěn)定性要求。

        3)筋帶間距。為驗(yàn)證筋帶的水平間距對(duì)加筋擋土墻穩(wěn)定性的影響,利用理正巖土軟件對(duì)同一設(shè)計(jì)方案采用不同的水平間距對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)算,得出隨著筋帶水平間距的減小,筋帶的抗拔穩(wěn)定性提高。這一現(xiàn)象可用庫(kù)侖合力法來(lái)解釋?zhuān)摲椒▽⒓咏钔烈暈槟Σ铃^固系統(tǒng),考慮滑動(dòng)土楔體的平衡條件,得出各層筋帶所承受的土壓力Ti=n÷(n+1)×Ka×γ×Zi×Sx×Sy,其中,n為筋帶的總層數(shù);γ為土的重度;Zi為第i層筋帶至擋墻頂面的垂直距離;Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù);Sx,Sy分別為筋帶水平和垂直方向的間距。由此可得出,隨著筋帶水平方向間距的減少,筋帶所承受的土壓力逐漸減少,而各層筋帶抗拔力不變,因此其抗拔穩(wěn)定性提高。加筋土豎向間距的減少也會(huì)提高其抗拔穩(wěn)定性,但應(yīng)避免間距過(guò)大造成加筋拱效應(yīng)。

        4 填土密實(shí)度

        為防止筋帶被拉出造成加筋復(fù)合體滑動(dòng),需要保證每層填土均勻密實(shí),從而使筋帶能夠充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度,抵抗因外荷載和土體自重產(chǎn)生的壓力。填土密實(shí)度對(duì)提高加筋復(fù)合體承載力有顯著影響。

        模型試驗(yàn)表明,增加筋帶長(zhǎng)度和寬度、減少筋帶間距、提高填土密實(shí)度有利于提高加筋土內(nèi)部穩(wěn)定性。

        [1]Koerner,R.M..Designingwithgeosynthetics[Z].JohnWiley&Sons,3rdEdition,1986.

        [2]賀會(huì)團(tuán).加筋擋土墻關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京:南京水利科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2007.

        [3]莫海鴻,楊小平.基礎(chǔ)工程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.

        Experimentalstudyonthestabilityofreinforcedretainingwallmodel★

        ZhangRuiqiaoLiuXiaowen

        (School of Architectural Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China)

        Thispaperstudiesthemaximumloadthereinforcedretainingwallcanwithstandwithdifferentlength,widthandhorizontalandverticaldistanceofrodsthroughmodeltest,wherethekraftpaperworksasreinforcementmaterialinsandandcardboardworksasaretainingwall.Bythequantitativeanalysisofthestabilityofreinforcedretainingwallunderthevariousschemesandthefactorsthataffectthestabilityoftheretainingwall,thispaperputforwardthemethodtoenhancethestabilityofreinforcedsoil.

        retainingwall,sandysoil,modeltest,stability

        1009-6825(2016)23-0058-03

        2016-06-09★:2016年南昌大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研訓(xùn)練項(xiàng)目資助

        張瑞俏(1995- ),女,在讀本科生;劉小文(1968- ),男,教授

        TU476.4

        A

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