钢网面板加筋土挡墙动力特性试验的变形研究

第３６卷，第５期　２　０　１　１年１　０月　公　路　工　程　

Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．５　

Ｏｃｔ．，２　０　１　１　

钢网面板加筋土挡墙动力特性试验的变形研究　林伟平　，黄向京　，丁立　（Ｉ．湖南省公路建设投资有限公司，湖南长沙４１０００１；２．湖南省交通规划勘察设计院，湖南长沙４１０００８；　３．路港集团有限公司，浙江温州　３２５０１４）　

［摘要】基于泥质红砂岩粗粒土填料，采用ＭＴＳ分别模拟地震荷载、交通荷载、加一卸载多循环荷载进行大　尺寸模型试验，研究了钢网面板土工格栅加筋土挡墙在上述荷载作用下的动力特性，获得了不同峰值的水平地震　激励下模型挡墙不同位置的水平动位移、竖向动位移峰值响应等实测值；采用不同频率、不同幅值的竖向交通荷载　正交试验法，获得了该模型挡墙在重复荷载作用下的最大水平变形、最大沉降量及位置等动力特性参数值；通过７　种荷载、２１组加卸载循环试验，获得了加一卸载多循环荷载作用下的实测沉降值。试验结果表明：该加筋结构具有　整体变形的特性，是优良的抗震结构，能承受抗震设防烈度为９度的地震荷载；同时该加筋结构具有良好的稳定性　和抗破坏性，重复荷载的幅值和振动次数对结构动力变形特性的影响较大，而振动频率对变形特性的影响不显著；　多循环荷载作用下该加筋结构能够明显减小不均匀沉降。过长的筋材并不能明显地改善加筋土挡墙的动力特性。　［关键词］钢网面板；土工格栅；泥质红砂岩；水平地震；重复荷载；加一卸载多循环荷载；动力特性试验　［中图分类号］Ｕ　４１７．１　１　［文献标识码］Ａ　［文章编号】１６７４—０６１０（２０１１）０５—００１１—０７　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｔｅｓｔ　ｏｆ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｅａｒｔｈ　Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　Ｗａｌｌ　ｗｉｔｈ　Ｓｔｅｅｌ　Ｗｉｒｅ　Ｍｅｓｈ　Ｐａｎｅｌ　

ＬＩＮ　Ｗｅｉｐｉｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｘｉａｎｇｊｉｎｇ　，ＤＩＮＧ　Ｌｉ　（１．Ｈｕｎａｎ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｃｏｎｓｔａｃｔｉｏｎ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｃｏ．，ＬＴＤ．Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ　４１０００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｕｒｖｅ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１０００８，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｃｈｉｎａ　Ｌｕｇａｎｇ　Ｇｒｏｕｐ，Ｗｅｎｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３２５０１４，Ｃｈｉｎａ）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ　ｒｅｄ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ　ｇｒａｎｕｌａｒ　ｓｏｉｌ，ｓｅｉｓｍｉｃ　ｌｏａｄ，ｔｒａｆｆｉｃ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄ・－ｕｎｌｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ＭＴＳ　ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｅｓｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ．－ｓｃａｌｅ　ｔｅｓｔ　ｍｏｄ－　ｅｌ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｇｅｏｇｒｉｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎ－　ｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｌｏａｄｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ａｎｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｐｅａｋ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｍｏｄｅｌ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅｓ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｕｎｄｅｒ　ｒｅｐｅａｔｅｄ　ｌｏａｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｘｉ．　ｍｕｍ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉ－　ｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｒａｍＣ　１ｏａｄ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ　ａｎｄ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ．Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａ１　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄ－ｕｎｌｏａｄ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｙｃｌｅ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｎ　ｌｏａｄｓ　ａｎｄ　ｔｗｅｎｔｙ　ｏｎｅ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　Ｉｏａｄ—ｕｎｌｏａｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：ｔｈｉｓ　ｓｔｉｆｉｅｎｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｏｆ　ｇｌｏｂａｌ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ａｓｅｉｓｍｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅａｒ　９－ｄｅｇｒｅｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｆｏｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ　ｔｈｉｓ　ｓｔｉｆｅｎｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａｎｔｉ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｎｅｓｓ．Ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｏｆ　ｒｅｐｅａｔｅｄ　ｌｏａｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｈａｖｅ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｂｕｔ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｈａｓ　ｌｉｔｔｌｅ．Ｔｈｅ　ｕｎｅｖｅｎ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｉＳ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｓｔｉｆｉｅｎｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｍａｎｙ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｓ　ｌｏａｄ．Ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｃｏｕｌｄｎ’ｔ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙ　ｂｙ　ｏｖｅｒｌｏｎｇ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｓｔｅｅｌ　ｗｉｒｅ　ｍｅｓｈ　ｐａｎｅｌ；ｇｅｏｇｒｉｄｓ；ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ　ｒｅｄ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；　

［收稿日期］２０１０—０５—２０　［基金项目］湖南交通科技项目（２００６１２）　［作者简介】林伟平（１９６８一），男，湖南邵阳人，高级工程师，主要从事公路工程项目技术管理。　１２　公路工程　３６卷　ｒｅｐｅａｔｅｄ　ｌｏａｄｉｎｇ；ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄ－ｕｎｌｏａｄ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ　

１　概述　加筋土挡墙在高烈度地震地区的水利、交通及　城建等领域的应用已越来越广泛…。目前工程界　对建筑、桥梁、地下结构的抗震性能进行了一定的研　究，但对路基支挡结构抗震性能的研究还比较少。　再加上对加筋土挡墙抗震机理的认识尚不完全清　楚，还没有为工程界所普遍接受的合理的加筋土挡　墙抗震设计规范　。土工格栅加筋挡土墙的抗震　机理尚需开展广泛深入的研究。与此同时，基于筋　土接触面结构形式、相互作用机理的复杂性和试验　手段等方面的原因，目前对重复荷载、加一卸载多循　环荷载作用下加筋土结构的研究也很缺乏。　本文以国内第一座钢网面板包裹式土工格栅加　筋土工程（湖南省湘潭至衡阳西线高速公路第１２　合同段ｋ１２３＋２８０一ｋ１２３＋９５２段）为依托，在室内　模拟实体工程，进行大尺寸模型试验，完成了模型挡　墙地震荷载试验及不同幅值、不同频率，累计２００万　次以上的重复荷载试验，研究了该新型加筋挡墙的　动力特性和疲劳特性；通过７种荷载、２１个加卸载　循环试验，研究了加一卸载多循环荷载作用下的沉　降规律。为实体工程设计提供了试验依据，对其他　同类工程具有参考价值　。　

２钢网面板土工格栅加筋土挡墙　２．１钢网面板系统　钢网面板由焊接的钢筋网（网目尺寸２００×　２００　ｍｍ，直径　８　ｍｍ）按照边坡角度弯折而成，钢　筋网骨架的水平钢筋与倾斜钢筋用带勾钢筋连接，　以确保骨架本身或土体压实过程中的几何形体稳　定。面板配有系杆，以确保结构保持其几何稳定性　（见图１）。与实际工程一致，本次试验模型挡墙钢　网面板与水平面呈７３　。　２．２土工格栅　单向土工格栅Ｕｘｌ４００系Ｔｅｎｓａｒ公司生产，采　用聚合物整板冲孔拉伸工艺生产，为刚性的单片格　栅，有整体的节点，具有高强度、高模量、抗老化、耐　腐蚀、低蠕变等工程性能。与一般土工格栅不同的　是Ｕｘｌ４００肋长为４２　ｃｍ，横档未进行过拉伸，同等　长度下减少了横档的数量。研究表明，格栅的蠕变　大部分产生于横档，故同等长度下横档数量越少，其　长期蠕变强度越高，Ｕｘｌ４００蠕变强度（２０℃，１００　

年）为３０．１　ｋＮ／ｍ，系国内高速公路上第一次应用。　２．３泥质红砂岩填料　泥质红砂岩土石混合粗粒土是高速公路建设中　最常用的路基填料，具有脱水易干裂、浸水易软化的　工程特性，在水的长期作用及路基上部荷载作用下，　红砂岩填料粗颗粒破碎、软化，易造成路基变形破　坏。应用加筋材料处治红砂岩路堤边坡，能够改善　土体的稳定和变形　”。但国内外对加筋泥质红砂　岩研究甚少，因此，对红砂岩填料加筋支挡结构动力　特性的试验研究非常必要。　

６００　砂砾垫层基础厚３０　ｃｍ　图１钢网面板　Ｆｉｇｕｒｅ　１　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓｔｅｎｃｉｌ　ｆａｃｅ　

３加筋挡墙模型动力特性试验设计　３．１模型参数　加筋挡墙结构动力特性试验模型主要由泥质红　砂岩填料、土工格栅、钢网面板三部分构成，三者均　采用工程实际所用材料。红砂岩填料由施工现场直　接取样，填筑时保证红砂岩填筑时的压实率达到　９３％以上；Ｕｘｌ４００土工格栅幅宽１．３０　ｎｌ，其参数见　表１一表３。　表１泥质红砂岩填料主要物理性能指标　Ｔａｂｌｅ　１　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ　ｒｅｄ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ　％　

表２泥质红砂岩填料颗粒级配　Ｔａｂｌｅ　２　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ—ｓｉｚｅ　ｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ａｒｇｉｌｌａｃｅｏｕｓ　ｒｅｄ　ｓａｎｄｓｔｏｎｅ