带变形缓冲带的土工格栅加筋土挡墙的静态结构特性

带变形缓冲带的土工格栅加筋土挡墙的静态结构特性

胡钰睿

山东建筑大学交通工程学院，济南， 250101

摘要：为了了解静载荷作用下带有变形缓冲带（DBZ）的土工格栅加筋土挡土墙（GRSW）的结构性能，进行了模型测试和数值模拟，以获取墙面水平位移，垂直和水平土壤压力，以及土工格栅应变。

关键词：加筋挡土器；数值模拟；应变；土工格栅

1. 引言

土工合成材料加筋土挡土墙的强度高，变形小，抗震性强，变形适应性强，越来越多地用于公路和铁路建设。它们在节约土地和环境保护方面具有一些优势。加筋土挡墙可以采用预制结构，以加快施工速度。上述优点可以带来巨大的经济和社会效益。

近几十年来，许多实验室和现场测试已经分析了具有不同面型和不同附加载荷的加筋土挡土墙的变形和应力特性。加筋土墙的施工后位移约为H％-1％（Latha和Manju，2016；Yang等2012，2014；Zevgolis，2018）^[1-2]。Bathurst等（2010）通过不同的设计规范将测量值与推荐值进行比较，并观察到FHWA和AASHTO的设计规范给出了更合理的限制。作用在面板上的侧向土压力系数为0.6–1.3，可分为三个区域，土压力系数随增强比的增加而减小（Jacobs等，2016；Udomchai等，2017）。施工后土工袋挡土墙的土压力分布在库仑土压力的范围内（Shin 等2017）。还揭示了钢筋应变和破坏面的演化（Balakrishnan和Viswanadham，2016; Krystyna，2005; Xue等，2014; Xiao等，2016）。且加筋土挡墙的变形模式也不同（Correia等2012; Liu等，2011; Liu，2012; Ren等，2018; Wang等，2014,2016; Yu和Bathurst2017），最大的累计水平位移发生在不同的部分。

2. 实验研究与数值模拟

2.1 墙体填充和加固特性

挡土墙的填充物是沙子，DBZ和加筋土中的增强材料是高密度聚乙烯（HDPE）单轴土工格栅。以下是GRSW与DBZ的安装过程。

步骤1：将立脚固定，铺设地面并压实。

步骤2：铺设第一增强层和第一阻挡层，使用连接杆连接两根钢筋，并保留要求的长度钢筋用于缠绕。拧紧钢筋，并使用土钉将其固定在地面上。

步骤3：将土和土袋放在第一个钢筋上并压实，用加固物包裹土袋。

步骤4：根据步骤2铺设第二增强层，并将包裹的增强层连接到第二层。

步骤5：重复上述步骤至墙顶。

2.2 实验程序

步骤1：填充并压实各个层。填充每层后，测量水平静土压力，垂直静土压力和增强应变。

步骤2：施工后，让挡土墙搁置一段时间。在没有附加载荷的情况下测量应力和变形，直到获得恒定值为止。

步骤3：以六种级别在墙的顶部施加局部均匀载荷：10 kPa，20 kPa，30 kPa，40 kPa，50 kPa和60 kPa。加载期间，每30分钟测量和记录一次数据。当两个相邻实验数据之间的差为零时，结束一级加载过程。然后，执行后续级别的加载，直到完成所有级别。

3.静载荷下的实验结果与分析

3.1 壁面的变形特性

最大累积水平位移为1.13 mm，为壁高的0.063％。在较低的载荷下（p≤30 kPa），壁面的累积水平位移随壁高而增加，最大位移发生在壁的顶部。但是，在较高的载荷下（p> 30 kPa），最大的累积水平位移发生在3H / 4中。

通过在不同载荷下（p=30 kPa，p=60 kPa，p=90 kPa，p=120 kPa，p=150 kPa和p=180 kPa）的数值模拟计算出具有DBZ的GRSW和常GRSW水平位移）和不同的作用位置（d=0.4 m，d=0.8 m和d=1.2 m）。参数d是从壁面到载荷边缘的距离，沿壁高的水平位移分布如图5所示（当d=1.2 m时表示）。表无论负载位置如何，通用GRSW的水平位移始终大于带DBZ的GRSW的水平位移。当负载位于DBZ的作用范围内时（d=0.8 m和d=1.2 m），随着d变小，差异变得更大。但是，当负载位于DBZ的作用范围之外（d=0.4 m）时，由于DBZ的作用较弱，因此差异很小。

当载荷恒定时，水平位移随着载荷位置接近壁面而逐渐增加。对于带DBZ的GRSW，当负载位于DBZ的作用范围内时，从d=1.2 m到d=0.8 m的增加较小。但是，当将负载位置逐渐移到DBZ的作用范围之外时，从d=0.8 m到d=0.4 m的增加更大。对于普通GRSW，当载荷位置接近壁面时，其水平位移趋势与带有DBZ的GRSW相比正好相反。

3.2 垂直和水平土壤压力的特征

h = 0.3 m代表了一层土壤压力的发展，参数h是壁高。不同层的土压力比较用载荷中心线表示。在施工和加载阶段，垂直和水平土压力沿钢筋长度分布是非线性的。在施工过程中，各层土压力之间的差异很小。施加载荷后，由于附加应力的扩散和衰减，靠近载荷位置的土壤压力迅速升高，而远离载荷位置的土壤压力升高较慢。

垂直和水平土壤压力的发展在施工和加载阶段呈线性增加，而在静止阶段则几乎保持恒定。在施工期间的每个监测点，土壤压力增加的比率几乎相等，并且在加载阶段观察到明显的差异。

比较了用DBZ和普通GRSW作用在GRSW面上的水平土壤压力。作用在顶部的水平土壤压力小于1.0 kPa，两壁之间的差异很小。作用在普通GRSW的中间部分（从H / 4到5H / 6）的水平土压力小于DBZ的GRSW，这是因为普通的GRSW比DBZ的GRSW发生了更大的水平位移。更多压力。虽然作用在底部的水平土壤压力在两壁之间也几乎没有差异。

4. 结论

根据模型测试和数值模拟的结果，带有DBZ的GRSW可以满足静态载荷下的强度和变形要求。得到以下结论。

（1）最大累积水平位移约为1.13毫米（墙高的0.063％），位于3H / 4的高度。带DBZ的GRSW的累积水平位移小于普通GRSW的累积水平位移，并且随着接近面板的不同，其差异变得更大。

（2）垂直方向和水平方向的土压力沿加筋长度方向呈非线性分布，面板附近的值较小。在施工和加载期间，垂直和水平土壤压力均呈线性增加。作用在带DBZ的GRSW面板上的水平土壤压力大于中部普通GRSW的水平土壤压力。

（3）土工格栅的累积应变沿钢筋长度方向呈单峰分布。土袋附近的应变更大，而在加固结束时应变逐渐减小。最大应变为土工格栅的极限抗拉强度的0.45％，最大拉力为29.12％。

参考文献

[1]Bathurst, R.J., Miyata, Y., Allen, T.M., 2010. Facing displacements in geosynthetic reinforced soil walls. Earth Retention Conference, 2010 384. pp. 442–459 208.

[2]Balakrishnan, S., Viswanadham, B.V.S., 2016. Performance evaluation of geogrid reinforced soil walls with marginal backfills through centrifuge model tests. Geotext. Geomembranes 44 (1), 95–108.