土工合成材料加筋土挡墙设计方法的研究
加筋挡土墙施工中的问题及对策探讨
加筋挡土墙施工中的问题及对策探讨摘要：加筋土挡墙是由砌块、土工格栅和填料三部分组成的复合结构,依靠填料与土工格栅之间的摩擦力,抵抗预制块所受的水平土压力(即加筋土挡墙的内部稳定),并抵抗格栅尾部填料所产生的土压力(称为加筋土结构的外部稳定),从而保证了整个结构的稳定,加筋土挡墙的主要优点是施工简便、造价低廉、少占土地、造形美观,并且发展成很多形式。
本文主要从加筋挡土墙施工中容易出现的问题、加筋土挡土墙设计过程中几个问题的讨论和加筋土挡墙施工要点和步骤进行了探讨。
关键词：加筋挡土墙；施工Abstract: the retaining wall is by brick, grille and packing three part composite structure, rely on the packing friction between the grille, resist precast block were level soil pressure (or of the retaining wall internal stability), and resist the tail produced grille packing earth pressure (called the structure of reinforced external stability), so as to ensure the stability of the whole structure, the main advantages of the retaining wall is construction simple, low cost, less land and forms of beauty, and developed into many forms. This article mainly from the reinforcement retaining wall construction easily appeared problems, the reinforced soil retaining wall design process of some problems of discussions and retaining wall construction points and steps are discussed.Keywords: reinforcement retaining wall; construction一、加筋挡土墙施工中容易出现的问题采用钢筋植入和吊线锤,在加筋土挡墙施工过程中对墙面水平位移进行监控,通过设计角度,运用三角函数可轻松算得准确水平值,安装好预制块后测得初值施工中重点监控,尤其是晚间不施工段早晨开工前和傍晚收工前监控数据差值要严格审查。
土工合成材料加筋技术应用研究
土工合成材料加筋技术应用研究【摘要】为了改善土体强度和变形性态而出现的一项新材料和新技术，就是在土内铺设适当的土工合成材料的加筋材。
本文概述了土工合成材料加筋技术，说明了加筋技术的机理，并结合工程实例详细介绍了的加筋技术的应用。
【关键词】加筋；土工合成材料；加筋土挡墙；加筋土坡；加筋土垫层1、概述土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，是岩土工程应用合成材料产品的总称。
土体的抗拉强度为零，使用加筋技术就是在土体中的拉伸变形区按一定方向铺设筋材，这些较高拉伸模量和抗拉强度的筋材就构成一种复合材料，从而以增强土体的强度和稳定性。
近些年来，土工合成材料加筋技术已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等部门的岩土工程中。
2、加筋技术机理（1）扩散应力，加筋垫层的刚度较大，有利于上部荷载扩散并较均匀地传递到地基土层上；（2）调整不均匀沉降，加筋垫层加大了压缩层范围内地基的整体刚度，便于调整地基变形；（3）增大地基稳定性，加筋垫层的约束，限制了地基土的剪切、侧向挤出及隆起。
3、土工合成材料加筋技术的工程应用3.1 土工合成材料加筋技术在公路工程中的应用作为试验工程，我国某高速公路k81+80～k81+180路段，采用了粉喷桩结合ce131土工格网进行软土地基加固，结果证实明显减少了路基的沉降量。
后来工程施工中，采用水泥粉喷桩处治某高速公路 k127+305～k127+650 路段的饱和软粘土地基，在桩顶铺设一层砂砾垫层和一层土工布，再铺设两层土工格网，土工合成材料（土工布、土工格网）层间填土。
我国较早使用桩承土工合成材料加筋垫层法的工程实例是南—昆线永丰营车站的软土地基加固，当年初原站场路基竣工后不久，就发现线路左侧水田隆起，路基多处变形严重并下陷开裂，多处浆砌片石护脚墙损坏。
经勘探后查明，地基硬壳层下分布多层淤泥质粘土及层间硬粘土层，其下更有一个较厚淤泥质粘土层，地基变形正是由于此两层淤泥质粘土含水量大、各项物理力学指标极低导致。
加筋土挡土墙的结构原理与应用
加筋土挡土墙的结构原理与应用摘要：加筋土挡土墙广泛应用与公路支挡工程，带来了显著的社会效益。
回顾了加筋土的发展历史，介绍了它的应用现状及发展前景，总结了加筋土挡土墙的结构设计形式，根据现状提出目前研究的热点方向，介绍了加筋土挡土墙的信息。
关键词：加筋土挡土墙结构设计引言1963年法国工程师亨利·维达尔（Henri Vidal）首先发现了加筋土模型，并因此提出了土的加筋方法与设计理论。
1965年法国在普拉聂尔斯（Prageres）成功修建了世界上第一座公路加筋土挡墙，随后加筋土技术在工程中得到广泛的应用。
我国于1980年在山西修建了第一座公路加筋挡土墙，与此同时，开展了加筋土技术的研究，建立了相应的工程技术规范。
同时，在工程实践的基础上研制了很多符合我国国情的结构形式和材料。
在加筋土挡土墙的理论研究与工程实践过程中，对加筋土本质的理论研究相对浅显。
研究的主要难点在于：（l）工作性状复杂。
加筋土挡墙不仅要考虑填料与筋材的各自受力、变形性状及相互作用，还要考虑筋材与面板、填料与面板之间的作用力与变形之间的关系，任一部分工作性状发生变化都会引起整体性状的变化。
（2）土压力理论不成熟。
挡土墙背的土压力分布规律是一个经典的土力学难题，加之加筋土挡墙的自身性状复杂，土压力理论在应用上受到限制。
（3）理论研究相对较少而且相对粗浅，实验资料也不多。
[1]1.加筋土挡土墙的基本原理加筋土挡墙一般由面板、加筋材料和土体填料等主要部分组成。
结构内部存在着墙面上压力、拉筋拉力及填料与拉筋间的摩擦力，保证了这个复合结构的内部稳定。
同时，其要能抵抗筋尾部后面填土所产生的侧向土压力，从而使整个复合结构外部稳定。
这些基本原理一般可以归纳为以下两点[2]：（1）摩擦加筋理论由填土自重和外力产生的侧压力作用于面板，通过面板上的筋带连接件将侧压和传给筋带。
筋带材料被土压住，筋带与土之间产生的摩阻力阻止筋带被拔出。
因而，只要拉筋材料具有足够的强度，并与土体产生足够的摩擦力，加筋的土体就可保持稳定。
加筋土挡土墙设计与计算
强度 验算 ， 以及拉 筋长 度 （ 包括锚 固长 度和 活动 区
长度 ） 的确 定 ， 以确保 拉 筋在最 大 拉力作用 下不被 拉断或不被 拔 出。
外部 稳 定 性 分析 包 括 整 体 稳 定性 分析 、 移 滑
稳 定性 分析 、 覆稳 定性 分析 、 底 应力验 算与沉 倾 基 降 计算等 。
载ｑ １． ｋ ｍ ＝ ３ ５ Ｎ／ 。 ７
３ 加筋土挡土墙设计及计算的内容
加 筋土 挡 墙设 计 计 算 的内容包 括 内部稳 定性
ｈ ： 三 ＝０ ７ ４ ．６ ｍ
口
②土压力系数计算 墙后填 土主动 土压力系数
Ｋａ ｔｎ ｆ５ ｏ／ ） ．３ ＝ａ ‘ ４ ２） ３ ３ ０
１ ． ０ ３７５ １ ０ ３７５ １ ． ０ ３７５
ｈ 。
７２ ０ ．０ １ ４０ ４． ０ ２ ．０ １６ ０
２ ．０ ８８ ０ ３ ．０ ６０ ０ ４ ２ ０ ３． ０
Ｔ
１７２ １ ２． ６ ２ ０ ２． ７ ７ １
３． ６ ２５ ３７ ５ －１ ４１ ６ ．４
土 压力 系数 Ｋ与 各层 筋 带 到加 筋体 顶 面 高度
相 关。
ｈ ＞６ ｉ ｍ时 Ｋ ＝Ｋ
，
内部 稳定 性 分 析包 括 拉 筋 的拉 力计 算 、 筋 拉
土压力系数 ： 。 枷 Ｉ （ ＋ ｈ （ ｉ 卜） Ｋ ③筋带拉 力计 算
Ｔ＝ （／ ｉ ｈ ） Ｋ － ＋ ０ Ｓ Ｓ ｈ
混凝土抗弯拉容许应力 ［ ＝ ．Ｌ ０ ６ ＭＰ １ ］ ０ １＝ ． １ ａ Ｚ ７ ８
７ ｏ ２ｏ ７ ．０ ２０ １ ８０ ０ ．０ １ ８０ ０ ．０ １ ８Ｏ ０ ．０ １ ８０ ０ ０ １ ４０ ４ ．０ １ ４０ ４ ．０ １ ４Ｏ ４ ．０ １ ４０ ４ ．０ １ ４０ ４ Ｏ １ ００ ８ ．Ｏ １ ００ ８ ０ １ ０Ｏ ８ ０ １ ０Ｏ ８ ．０ １ ０Ｏ ８ ．Ｏ ２ ６Ｏ １ Ｏ ２ ６０ １ Ｏ
加筋土挡墙的原理分析
(3)玻璃纤维土工格栅
• 玻璃纤维土工格栅是以玻璃纤维为材质，采用一定的编织工艺制 成的网状结构材料，为保护玻璃纤维、提高整体使用性能，经过 特殊的涂复处理工艺而成的土工复合材料。玻璃纤维的主要成份 是：氧化硅、是无机材料，其理化性能极具稳定，并具有强度大、 模量高，很高的耐磨性和优异的对寒性，无长期蠕变；热稳定性 好；网状结构使集料嵌锁和限制；提高沥青混合料的承重能力。 因表面涂有特殊的改性沥青使其具有两重的复合性能，极大地提 高了土工格栅的耐磨性及剪切能力。 有时配合自粘感压胶和表面沥青浸渍处理，使格栅和沥青路面紧 密结合成一体。由于土石料在土工格栅网格内互锁力增高，它们 之间的摩擦系数显著增大（可达08～10），土工格栅埋入土中的 抗拔力，由于格栅与土体间的摩擦咬合力较强而显著增大，因此 它是一种很好的加筋材料。同时土工格栅是一种质量轻，具有一 定柔性的塑料平面网材，易于现场裁剪和连接，也可重叠搭接， 施工简便，不需要特殊的施工机械和专业技术人员。
单向塑料土工格栅
• 用途：
单向拉伸塑料土工格栅是一种高强度土工合成材料。广泛应用于 堤坝、隧道、码头、公路、铁路、水利、环保、建筑等领域。 其主要用途如下： 1、 增强路基，可有效地分配扩散载荷，提高路基的稳定性和承 载力，延长使用寿命； 2、 可承受更大的交变载荷； 3、 防止路基材料流失造成的路基变形、开裂； 4、 使挡土墙后的填土自承能力提高，减少挡土墙的土压力，节 省费用，延长使用寿命，并降低维修费用； 5、 结合喷锚混凝土施工方法进行边坡维护，不仅可节省投资， 而且可以大大缩短工期； 6、 在公路的路基和面层中加入土工格栅，可以减少沉降、减少 车辙，推迟裂缝出现时间，可大大减少结构层厚度； 7、 适用于各种土壤，无需异地取材，省工省时； 8、 施工简单快捷，可大大降低施工成本。
土工合成材料加筋技术
3．土工织物加筋层应位于垫层的中底部，且不宜直接置于下 卧层的顶面。大板基础的基底应力分布为中间大边缘小，故 在基础边缘部位至筋带弯折部位土工织物网格应加密，并在 弯折处用砂卵石袋压紧。
二、加筋土地基
对于公路、铁路、河海堤防等构筑物下的软土地基，采用 土工合成材料加筋处理，对提高软基上堤坝填土的极限高度、 增加地基稳定性、减少地基不均匀沉降量有显著的效果。
3、土工网
由连续的聚合物肋条以一定角度的连续网孔平行挤 出而成。较大的孔径使其形成了像网一样的结构，同 时能承受一定的法向压力孔径不显著减小。
主要功能主要应用于排水领域。在土中需和外包无 纺土工织物反滤层构成土工复合材料。
三维土工网
土工网
土工网作用： 草皮长成前，可保持土地表面免遭 风雨的侵蚀。 与植物形成的复合保 护层可经受高水位、大流速的水流 冲刷。 可替代混凝土、沥青、块石 等坡面材料，主要用于公路、铁路、 河道、堤坝、山坡等坡面保护。 效益： 可大幅降低工程造价，造价为混凝 土护坡和干砌石护坡的1/7，浆砌 块石护坡的1/8。 采用高分子材料以及抗紫外线稳定 剂，其化学稳定性高，对环境无污 染（降解型的网垫二年后在土中不 留痕迹） 施工简便，将地表平整后，即可施 工。
1f
1f'
v v
3f
3f 3f
h/2
(a)
1f
(b) 1f'
3f
B
A
c
3f
1f
1f'
(c)
在三轴试验中，用土工织物加筋与未加筋土体的应力应变 关系如下图所示。当应变较小时，加筋对土的应力应变关系基 本上无影响。当应变达到某一界限时，加筋对土的应力应变关 系的影响逐渐显著，强度随土的应变增大而增大。加筋对土的 抗剪强度提高在产生较大的应变后才得以发挥。
加筋土挡墙的作用机理及施工应用分析
，
各 国得到大量的推广 应用。 理论技 术 日趋成熟 ， 应 加 筋 土挡 墙 是 由 面板 、拉 筋 带 和 填 土 组 成 的 用 领 域 也 由公 路 挡 墙 的 发展 应 用 到桥 台 、 岸 、 护 堤 加 筋 土 体 ， 承受 土 侧压 力 的挡 墙 。 筋 土 挡 墙 的 坝 、 以 加 建筑 基础 、 路路 堤 、 头 、 铁 码 防波堤 、 水库 、 尾 作 用 原 理 可 以 解 释 为 ： 加 筋 土结 构 中 ， 在 由填 土 自 矿坝 、 储仓及库用设计等多个领域 。 重 的 外 力 产 生 的 土 压力 作 用 于墙 面板 ，通 过墙 面 加 筋土结 构在 我 国的应用 领域也 越来越 广 ， 板上 的拉筋连接件将此 土压力传 给拉筋 ，企 图将 墙高 和规模也都在不断地创造着新 的纪录 。而且 拉 筋 从 土 中拉 出 。 因此 ， 只要 拉 筋 材 料 具 有 足 够 的 从 １９ ９ １年 交 通 部 制 度 颁 布 我 国第 一 本 加 筋 土 结 强度 ， 并且与土产生足够 的摩擦力 ， 则加筋 的土体 构 规 范 （ 公 路 加 筋 土 工 程 设 计 规 范 》Ｔ １— １ 《 ＪＪ０ ５ ９ ） 就 可 以保 持 稳 定 。 以来 ， 国家 及 相 关 部 委 也 分 别 制 订 并 颁 布 了相 应 的标 准 、 范 。 １９ 规 ９ ９年 初 ， 国家 正 式 颁 布 了《 工 土 １ 国 内外 的应 用发 展情 况 材 料 应 用 技 术 规 范 》 Ｇ ０ ９ — ８ ， 道 部 在 《 （ Ｂ５ ２０ ９ ）铁 铁 人 类 很 早 就 发展 了 加 筋 土 的 概 念 ，最 简 单 的 路 路 基 支 挡 结 构 物设 计 规 范 》 中加 入 了加 筋 土 工 构 想 就 是 在 土 中 置 入 一 些 “ 筋 材 ” 以此 来 改 善 程 的 有 关 条 文 和 内 容 。 通 部 制 订 和 颁 布 了 《 运 加 ， 交 水 它 的技术特性 。例 如 ， ３００多年 以前 ， 在 ０ 巴比伦 工 程 土 工 织 物 应 用 技 术 规 程 》 Ｊｊ ２９ ９ ） 水 （Ｔ ３— ８ ， 人 用 相 互 交 织 的 棕 榈 叶加 固他 们 的 “ 塔 ” 庙 。公 元 利 部 制 订 和颁 布 了 《 利 水 电 工 程 土 工 合 成 材 料 水 前 １ 世纪 ，罗马人在伦敦码头 用树干垂 直放置 于 应 用 技 术 规 范 》 ９ＬＴ ２５ ９ 、 土 工 合 成 材 料 （Ｓ ／ ２— ８）《 墙面建造挡土墙 。 于 ２００ 年前 的中国长城 ， 测 试规程》 铁道 部制定 和颁布 了《 建 ０ 多 ， 铁路路 基土工 在许 多 地 方用 柳 枝作 粘 土 和砾 石 的 “ 筋 材 ” 加 。 合 成 材 料 应 用 技 术 规 范 》 Ｔ ０ １— ９ ， 外 ， （Ｂ １ １８９ ）另 还 真正提 出加筋 土概念 的是法 国工程 师享 利 ・ 有 国家 标 准 《 工 合 成 材 料 产 品 标 准 》 交 通 部 新 土 及 维 达 尔 （ ｅｒＶｄ１， 在 模 型 试 验 中 发 现 ， 土 制 订 并 含 有 加 筋 土 墙 相 关 章 节 的 《 路 挡 墙 设 计 Ｈ ｎｉ ｉａ）他 当 公 中掺有 纤 维材 料后 ，其 强度 可 明显 提 高 。他 于 与施工技术规范》 这对我 国加筋土技术的推广应 。 １６ ９３年首先公 布了其研究成果 ， 出了土 的加 筋 用将起到强有力 的推动作用 。 提 方 法 和设 计 理 论 。 国于 １６ 法 ９５年 在 比利 牛斯 山 的 ２ 加 筋土 挡墙 的力 学机 理及 构 造 普 拉 聂 尔 斯修 建 了世 界 上第 一 座 加 筋 土 挡 墙 。 土 体 一 般 具 有 一 定 的抗 压 强 度 ，但 抗 剪 强 度 １６ １６ ９７ ９ ８年 在法一意 高 速公 路上 将 大 量 的 传 统 结 构 改 为 加 筋 土 结 构 ，墙 的 最 大 高度 达 ２ 很低 。设想有一块 自由土体 ，即其侧 面上全无 约 ３ｍ。 在其顶 面上施 加压 力 ， 则在不 大 的压 力下 ， 土 因此 ， 有人 将 加 筋 土 与钢 筋 混 凝 土结 构 同称 为 “ 造 束 ， 体 即将 被压 坏 。 如果 同样 的 一块 土 被 放 进 一 个 刚 福 人类 的 复 合 材 料 ” 。 性盒 中， 即其侧 面受到完全约束 ， 不可能有横 向扩 收稿 日期 ：０ ７ Ｏ — Ｏ ２ ０ 一 ８ １ 张 ， 在其顶 面上 加压 ， 力虽然 达到很 大值 ， 则 压 土 作者简介： 军 （ ９ ３ ） 男 ， 徐 １ ７ 一 ， 上海人 ， 程师 ， 事公路 工程 工 从 块 也 不 会 被 压 坏 。这 个 现 象 阐 明 了 一个 简 单 的道 管理 工作 。
加筋土挡土墙发展
加筋土挡土墙的发展与研究中图分类号：tu476+.4摘要：加筋土挡土墙是特种结构中非常重要中图分类号：[tu997]的结构，是道桥工程、建筑工程、矿山工程和市政工程中应用很广的一种支挡结构。
本文主要从加筋土挡土墙的发展概况、优缺点、材料与构造设计这几个方面进行阐述，以供交流。
关键词：加筋土挡土墙填料拉筋面板引言：现代加筋土的概念和设计理论是20世纪60年代法国工程师henri vidal首创的根据他的设计理论于1965年在法国普拉聂尔斯成功修建了世界上第一座加筋土公路挡土墙，该项工程立刻引起了世界工程界的浓厚兴趣，引起了世界各国的重视，得到很高评价。
国外誉之为仅次于钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土的又一次发明。
自此之后，世界各国普遍开展了加筋土技术的研究和工程试验。
1. 加筋土挡土墙的定义加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种利用轻型支挡结构物，是有墙面板、拉筋、填料三部分组成的结构物，如图所示。
它依靠填料与拉筋之间的摩擦力作用，平衡填料作用于墙面上的水平土压力，使之形成整体，抵抗其后部填料产生的土压力。
2.加筋土挡土墙的分类(1)加筋土挡土墙按其断面外轮廓形式,一般分为:①单面式加筋土挡土墙；②双面式加筋土挡土墙,又分为分离式、交错式加筋土挡土墙；③台阶式加筋土挡土墙。
(2)加筋土挡土墙按其断面结构形式，一般分为矩形、正梯形、倒梯形和锯齿形；(3)加筋土挡土墙按拉筋的形式可分为条带式加筋土挡土墙和满铺式加筋土挡土墙。
3.加筋土挡土墙的发展概况日本于1967年引进了该技术，并在70年代初开始进行模型研究，专门研究了其抗震性能，将其用于铁道建设中。
美国在1972年修建加州39号公路时开始使用该项技术，并成立了专门的研究机构从事有关研究和应用工作，其研究和推广速度相当快。
其它国家也先后使用和推广了加筋土技术。
加筋土工程已从加筋土挡墙发展并应用到护岸、堤坝、桥台、铁路、公路路堤、建筑物基础、码头、防洪堤、水库、尾矿坝、储仓及核设施、军用设施等多个领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土工合成材料加筋土挡墙设计方法的研究摘要: 在分析了土工合成材料加筋土挡墙破坏形态的基础上, 总结归纳了国内外有关土工合成材料加筋土挡墙极限平衡法、极限状态法和有限单元法三种设计方法的发展及研究现状, 提出了该结构的设计发展方向。
关键词: 土工合成材料加筋土挡土墙设计破坏
中图分类号：tu476+.4文献标识码： a 文章编号：
1 挡墙的破坏形式
土工合成材料加筋土挡墙的破坏形式主要有三类: ①外部稳定性破坏; ②内部稳定性破坏; ③加筋土挡墙的变形破坏。
目前国内外加筋土挡墙的设计主要是基于①、②进行稳定性验算的。
外部破坏一般表现为结构的整体失稳、倾覆等, 其力学行为与重力式挡墙相似, 破坏的主要表现形式有平面滑动、倾覆破坏、地基破坏和深层滑移。
内部破坏发生在加筋土体的内部, 主要表现为拉筋材料的拉断破坏、拔出破坏以及由于拉筋和面板连接处的局部应力超过构件的构造强度发生的连接件破坏。
变形破坏是指加筋土结构虽未发生整体失稳, 但由于其变形过大而丧失正常的使用功能, 主要包括加筋土挡墙墙面的过大变形和地基的沉降破坏两种形式。
在实际工程中, 加筋土支挡结构的破坏往往表现为综合性的破坏,各种破坏形式互相交叉、互相转化。
2 设计方法概述
土工合成材料加筋土挡墙的设计方法很多, 但可归纳为极限平
衡法、极限状态法和有限单元法三种。
极限平衡法和极限状态法是用于分析加筋土挡墙极限破坏时的稳定安全系数, 有限元法则用
于分析加筋土挡墙在工作应力状态和极限破坏状态时拉筋材料的
拉力分布与土体变形情况。
一个完整的加筋土挡墙的设计分析应包含极限平衡分析、工作应力状态分析及墙体变形量的估算等内容。
2．1极限平衡法
目前, 土工合成材料加筋土挡墙的设计方法普遍采用极限平衡分析方法。
该方法是对加筋土挡墙进行稳定性验算, 即分析计算墙体整体结构内、外部稳定破坏所需的拉筋材料强度及应力分配。
外部稳定性设计分析是将加筋土体视为具较高强度的复合土体, 再
依据传统重力式挡土墙外部稳定性设计分析方法进行计算。
内部稳定性设计分析是以锚固楔体法为基础的设计方法, 先假设侧向土
压力分布状况, 再计算不同深度处平衡该侧向土压力所需的拉筋
材料的强度及应力分配。
德国建筑研究所的dibt ( deutches institutefur bautechnik) 设计方法已在欧洲广泛使用, 并流行到其它地方。
该方法基于锚固楔体法, 但其又有自身的特点。
加筋土体墙背侧向土压力设计采用库仑土压力理论, 土体强度采用有效内摩擦角, 基础承载力则采
用meyerhof 分布形式。
计算时考虑了改进的太沙基承载力公式, 且考虑由主动土压力产生的合力偏斜作用。
内部稳定型分析采用双楔体法, 先估计拉筋的布置, 只着重考虑拉筋的拔出破坏, 采用
的破裂面是折线型的,假设滑动面上部沿加筋体边缘且在墙面的不
同高度
处, 每隔3°即有一个计算面。
此外还有两种特殊的面,在两层拉筋之间而不与拉筋相交的面以及滑动面为拉筋面, 见图1、图2。
按照以上各个不同的计算面来验算拉筋的拔出稳定性, 从而确定
拉筋的布置。
极限平衡法简单、易行, 所以设计单位多采用该方法。
但是由于极限平衡法需要对拉筋、土体、滑动面做出许多假定, 加上人为隔离强度与变形, 与实际情况差异较大, 导致极限平衡法计算结
果精度较差, 只能将极限平衡法看作半经验半理论的方法。
因此, 通过积累工程经验和进行试验研究、理论分析, 对极限平衡法进行合理的修正, 使其更接近工程实际。
2．2 极限状态法
在极限平衡设计方法中, 直接以土的峰值强度( 或残余强度) 为指标, 给定一个保证结构不发生破坏的总体安全系数, 没有或
很少考虑结构的变形。
而对于广泛应用的土工合成材料加筋土挡墙来说, 如果在设计中不考虑其变形, 显然是不合理的。
极限状态法自20 世纪80 年代在结构工程中开始使用, 90 年代在岩土工程得到应用。
在极限状态法中, 一个特点是同时考虑强度和变形, 即临界极限状态uls( ultimate limit state) 承受静载荷与活载和功能极限状态sls( serviceability limit state) 。
另一个特点是引入风险系数( 即分项安全系数) 来代替整体安全
系数。
对基于极限状态设计方法的土工合成材料加筋土挡墙来说,
一是可以考虑不同极限状态下的各种材料之间的应变兼容性, 同
时还可以考虑内外部环境对材料耐久性的影响。
随着土工合成材料在加筋土结构中的应用和发展, 其特殊张拉应变特性要求设计上将加筋土结构的边界变形及内部应变协调性
直接( 而不再是间接) 作为设计准则来控制和评价结构设计。
极限状态设计法的设计思想因此应运而生, 其核心是引入了临界极限
状
态分析、功能极限状态分析以及分项修正系数pf( partial factors) 的概念。
规范
bs8006(1995)/fhwa(1997)/aashto(1997)/ncma(1997)等部分采用了极限状态法的思想或在不同程度上已初步解释了极限状态设计
法以及分项修正系数的概念。
按照bs8006, 对平面状或条带状拉筋材料的加筋土挡墙来说, 其设计方法分为锚固楔体法与粘结重力
式法( coherent gravity) , 采用的方法与拉筋材料的延伸性有关。
bs8006 规定在所有设计情况下, 分项安全系数在考虑完全破坏的极限状态下其值应> 1.0, 若改为功能极限状态, 则其值为1.0; 设计荷载则由土体及拉筋材料的复合性质来提供阻抗能力, 土体强
度乘以分项安全系数则为设计强度。
拉筋材料若为金属时, 其设计强度
仅需将材料极限抗拉强度除以分项安全系数即得; 至于土工合成材料拉筋, 则需将拉伸蠕变断裂强度与拉伸蠕变应变控制强度
分别除以分项安全系数后, 取最小者为设计强度。
2.3 有限元分析方法
土工合成材料加筋土挡墙的有限元分析是一个十分复杂的问题, 涉及到填料、拉筋、地基以及拉筋与填料和拉筋与地基的相互作用等因素。
土工合成材料加筋土挡墙的数值计算方法主要分为三类: ①将拉筋单元与土单元分开考虑, 拉筋单元与土体单元之间设接
触面单元; ②拉筋与土体合成为一体, 作为复合材料考虑;③将拉
筋作为外荷载考虑, 直接作用在土体单元上(仅土体单元)。
与极限平衡法相比, 有限元分析的优越性是将加筋土挡墙的变形协调和
应力平衡结合在一起, 克服了传统的极限平衡法将两者完全分开
的局限。
该方法不仅能计算出土体中各点的位移、应力、应变和应力水平, 提供受荷后土体与拉筋的应力场和位移场,还能在计算中
考虑土体的非均质和非线性、土体与拉筋随时间的变化、施工程序和荷载变化情况, 而且还可以模拟某些复杂性质和过程。
这些都弥补了极限平衡法的不足, 但是由于有限元法的参数需要进行复杂
的试验来确定, 加上难以对破坏进行定量的判断, 限制了有限元
法在实际工程中的应用。
3 结语
目前, 我国有关土工合成材料的应用技术规范都对土工合成材
料加筋土挡墙的设计理论进行了阐述,均基于极限平衡法中的粘结
重力式理论即锚固楔体法。
由于土工合成材料本身的特殊性质以及加筋土作用机理的复杂性, 所采用的设计理论和规范只能解释土
工合成材料加筋土挡墙结构的稳定性问题。
而极限平衡法忽略了拉
筋的变形、不同部位的相互作用以及挡土墙施工过程、演化与形态形成等问题, 在这些过程中极限平衡理论分析的只是一种单一的状态, 其变形控制一般是以防止内部或外部稳定破坏的安全系数来保证其在极限范围内。
随着山岭区建设以及新建铁路、公路上跨既有线路, 使得挡墙高度增大, 尽管可以通过设置台阶式挡土墙来解决, 但会使土工合成材料加筋挡墙设计的复杂性和难度增加。
因土工合成材料加筋土高挡墙的过大水平变形而导致墙体失稳的事故国内外均有发生, 在达到极限平衡状态之前, 土工合成材料加筋土挡墙有一个变形的发展和积累的过程, 这个变形发展过程中潜伏着强度破坏因素的积累, 因此, 变形问题有时会起着控制作用, 在设计中应予以考虑并进行适当控制。