柔性擋土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概述

【摘 要】 柔性擋土結(jié)構(gòu)是一種有效的結(jié)構(gòu)支護(hù)體系，本文主要是對柔性擋土結(jié)構(gòu)的作用，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，研究方式等作了簡要分析，希望能為以后的類似工程提供一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 柔性擋土墻；發(fā)展；研究現(xiàn)狀

一、前言

巖土工程中，圍護(hù)樁支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻、錨定板式擋土墻、鋼板樁和拉錨樁等都是重要的柔性支擋結(jié)構(gòu)形式。在實(shí)際工程中，支擋結(jié)構(gòu)上土壓力的確定是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，準(zhǔn)確的土壓力計算，有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，也有利于降低工程造價。

二、研究現(xiàn)狀

徐日慶、陳頁開等（2002）通過自制的試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖洌芯苛松巴猎诓煌兾磺闆r下，即墻體的平動（T模式）、繞墻頂上某點(diǎn)轉(zhuǎn)動（RTT模式）和繞墻底下某點(diǎn)轉(zhuǎn)動（RTB模式），得出剛性擋墻被動土壓力的試驗(yàn)結(jié)果，最后分析了不同變位條件下被動土壓力的變化規(guī)律。

Fang和Chen等（1994）進(jìn)行了剛性擋墻關(guān)于繞墻頂某點(diǎn)和繞墻底某點(diǎn)被動轉(zhuǎn)動的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ囼?yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)動點(diǎn)的位置靠近墻體，則墻后土壓力的合力大小及作用點(diǎn)高度等受轉(zhuǎn)動點(diǎn)位置的影響很顯著。但若轉(zhuǎn)動點(diǎn)位置離墻體自身有一定距離，則土壓力分布形式就接近于平動狀態(tài)下的被動土壓力分布，墻后各點(diǎn)土體隨著墻體轉(zhuǎn)動幾乎同時進(jìn)入極限狀態(tài)。

周應(yīng)英和任美龍（1990）不僅對砂性填料，還對粘性填料在剛性擋墻不同運(yùn)動模式下進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種性質(zhì)的填料在主動狀態(tài)下的土壓力分布形式是相近的，但勃性填土在靜止?fàn)顟B(tài)下就呈現(xiàn)出非線性，認(rèn)為這可能是由于土的相對下沉而引起的土拱作用所致。

姚輝和王浩芬（1988）進(jìn)行了平板即無卸荷板、帶0.15m、0.2lm和0.3lm長卸荷板共四種情況的剛性擋墻主動土壓力試驗(yàn)研究。研究認(rèn)為卸荷板的卸荷效應(yīng)非常明顯，卸荷板越長，卸荷作用越明顯。當(dāng)無卸荷板時，墻后土壓力分布上部呈直線，下部呈拋物線分布。

顧慰慈等（1988）進(jìn)行了擋土墻墻背填土中滑裂體形狀的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)認(rèn)為，擋土墻背面填土中的滑裂體，是擋土墻面、平衡拱和滑動面三部分所包圍的部分土體。滑裂體的形狀隨擋土墻的長高比而變化。當(dāng)擋墻為無限長墻時，滑裂土體的形狀逐漸接近三角形楔體。滑裂體的滑動面基本上是一條指數(shù)曲線，在水平剖面上它平行于墻面，因此是軸對稱的。

陳頁開（2001）編制了計算程序EPRESS.F90，對剛性擋土墻在RTT、RTB和T變位模式下的主被動土壓力分布進(jìn)行了研究。數(shù)值模型基于平面假定，用增量初應(yīng)力迭代法求解彈塑性問題，土體采用Mohr-Coufomb彈塑性模型，接觸面采用無厚度的Goodman單元，接觸面本構(gòu)模型采用彈塑性模型，與初應(yīng)力迭代形成雙重迭代。

王元戰(zhàn)等（2005）增加對了三角形土楔體中土體微單元的力矩平衡條件的考慮，給出了主動土從側(cè)壓力系數(shù)的計算公式。并認(rèn)為土側(cè)壓力系數(shù)是填土內(nèi)摩擦角和填土與墻背之間的摩擦角的函數(shù)，其值介于主動土壓力系數(shù)和靜止土壓力系數(shù)之間。

徐日慶、龔慈等（2005）針對平動模式下的剛性擋土墻，研究了考慮平動位移效應(yīng)的非極限狀態(tài)土壓力計算理論。考慮墻體平動位移對墻后填土內(nèi)摩擦角及墻土接觸面上外摩擦角的影響，建立了內(nèi)外摩擦角與位移之間的公式。對平動未達(dá)到極限位移的擋土墻，結(jié)合位移與摩擦角之間的關(guān)系，分析了最不利情況下墻后土楔體的受力情況，得到考慮位移效應(yīng)的非極限狀態(tài)土壓力計算公式。

王元戰(zhàn)等（2003、2004）進(jìn)一步考慮三角形土楔體中，土體微單元之間的摩擦相互作用，并分別對RB和RT變位模式下，該摩擦作用的方向進(jìn)行了假定。從而得到了新的方程和新的土壓力分布形式。該方法能夠考慮剛性擋墻在RB和RT兩變位模式下的差異。

王保建、雄巨華等（2006）利用三維數(shù)值分析的方法，在考察計算范圍和邊界條件對計算結(jié)果產(chǎn)生的影響的基礎(chǔ)上，把圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式加以簡化，探討了不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式對土壓力大小和分布的影響。

Hashash和Whlttle（2002）采用非線性有限模擬基坑開挖工程，用詳細(xì)的應(yīng)力路徑解釋了粘土在地連墻上引起的土壓力的發(fā)展過程，并著重討論了開挖過程中引起的土拱效應(yīng)。

朱百里，劉國彬 （1991）針對上海飽和軟粘土進(jìn)行了一系列應(yīng)力路徑試驗(yàn)，采用修正劍橋模型進(jìn)行分析。根據(jù)計算結(jié)果研究了基坑開挖時土中主應(yīng)力比與應(yīng)力路徑的變化規(guī)律，并對不同區(qū)域土體的應(yīng)力路徑進(jìn)行了對比。

徐日慶（2000）根據(jù)基坑開挖工程的特點(diǎn)，建立了考慮位移和時間效應(yīng)的上壓力計算公式。其次，提出了考慮開挖影響土抗力計算式，然后在LBACK彈性地基梁有限元計算程序的基礎(chǔ)上，采用考慮位移和時間效應(yīng)的土壓力計算公式對土壓力計算程序進(jìn)行了修改以及對參數(shù)反演部分作了相應(yīng)的修改。最后，在實(shí)際工程中進(jìn)行了實(shí)際計算和分析。

陳開頁等（2001）用指數(shù)函數(shù)來描述作用于基坑柔性墻上土壓力與墻體變位的相互關(guān)系，分析非極限狀態(tài)下的土壓力的分布規(guī)律，并將這其應(yīng)用到改進(jìn)的彈基梁中，提出基坑工程柔性擋墻土壓力的計算方法。

Lesniewska和Mroz（2001）對前人試驗(yàn)中開挖作用引起剪切帶形成的一般規(guī)律進(jìn)行了研究。研究同樣采用庫侖理論中的土楔體為基本模型，并假定土體參數(shù)在變形過程中是變化的，能成功地預(yù)測懸臂板墻后土體在開挖作用下形成的三道剪切帶的位置。

三、柔性擋土墻結(jié)構(gòu)的研究

柔性擋土結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前，土壓力的分布的形成是一個動態(tài)的過程，也即土與結(jié)構(gòu)相互作用的過程。這一過程不僅與土體特性有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特性、結(jié)構(gòu)支護(hù)形式等因素有關(guān)。目前，對柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)還沒有完整的理論計算方法，只能采用相對合理的簡化條件，進(jìn)行近似分析。當(dāng)然，具有強(qiáng)大模擬分析能力的有限元法已是如今發(fā)展的一個必然趨勢，但考慮各個影響因素的數(shù)值模型的建立還不具有工程普遍意義。

結(jié)合支護(hù)邊界條件，柔性擋土結(jié)構(gòu)同土體相互作用的過程，可以簡化為幾個典型變位模式。對這些典型變位模式下土壓力分布的研究，有助于對柔性擋土結(jié)構(gòu)問題的認(rèn)識，鼓形變位模式就是其中重要的一種。例如，在基坑工程中，排樁或地連墻如果其下端插入土體中足夠深度，便可近似認(rèn)為此處擋土結(jié)構(gòu)的位移量為零，擋土結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)為彈性嵌固；而擋土結(jié)構(gòu)上端往往設(shè)有一道或多道水平向支撐系統(tǒng)，從而獲得水平向位移的約束。在忽略支撐系統(tǒng)水平向受壓的前提下，也可近似假定該處擋土結(jié)構(gòu)的位移為零。對于拉錨樁擋土結(jié)構(gòu)，上端水平向位移的約束作用則是由錨桿的拉力提供的。這樣，隨著土體的開挖，擋土結(jié)構(gòu)的變位模式便可近似為鼓形變位。

四、結(jié)束語

我們只有充分了解了柔性擋土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，發(fā)展?fàn)顩r，才能更好的做好柔性擋土結(jié)構(gòu)的研究，從根本上利于結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

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作者簡介

陳宏，男，（1969-），建筑與土木工程研究生，高級工程師，教授級高級經(jīng)濟(jì)師，高級職業(yè)經(jīng)理人，地產(chǎn)公司工程副總經(jīng)理。