加筋土擋墻破壞機(jī)理研究

熊甜甜 楊博

（1.西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院 陜西西安 710038 2.云南省設(shè)計(jì)院 云南昆明 650500）

加筋土的作用機(jī)理歸根結(jié)底是筋-土之間的相互作用，然而筋-土之間的相互作用機(jī)理至今也未被充分認(rèn)識(shí)[1～2]。其原因?yàn)檎J(rèn)識(shí)對(duì)象的不直觀性、加筋類型、邊坡形式的復(fù)雜性等，使筋-土之間相互作用變得十分復(fù)雜，理論分析與工程實(shí)踐脫離，是因?yàn)閷?duì)筋-土界面的作用機(jī)理未能認(rèn)識(shí)清楚。

1 三維等效附加圍壓理論

筋-土之間的相互作用是加筋土擋墻土壓力分析計(jì)算的關(guān)鍵，等效附加圍壓法[4～5]是將筋材對(duì)土體的復(fù)雜作用通過(guò)一個(gè)附加圍壓來(lái)代替，通過(guò)這種方法可以將加筋土體當(dāng)作素土進(jìn)行分析計(jì)算。

將二維等效附加圍壓理論推廣到三維應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。如圖1所示：（1）表示加筋土體破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)莫爾圓，其三個(gè)主應(yīng)力分別是2）表示未加筋土體破壞時(shí)的莫爾圓，其三個(gè)主應(yīng)力分別是σ1、σ2和σ3。可以看出，當(dāng)加筋土體單元和未加筋土體單元在破壞時(shí)承受相同的大主應(yīng)力σ1的作用時(shí)，加筋土體單元受到的中主應(yīng)力和小主應(yīng)力小于未加筋土體單元受到的中主應(yīng)力和小主應(yīng)力，其減小量是由筋材等效而成的側(cè)向約束力增量Δσ2和Δσ3。

圖1 三維等效附加圍壓

上述側(cè)向約束力增量Δσ2和Δσ3可表示為

現(xiàn)將三維等效附加圍壓的概念應(yīng)用到土體本構(gòu)模型中進(jìn)行筋-土之間的相互作用及筋材對(duì)土體強(qiáng)度提高的分析。對(duì)于等效附加圍壓Δσ2和Δσ3的確定，給出了小主應(yīng)力方向Δσ3的計(jì)算式：

式中：

R3——筋材小主應(yīng)力方向單位寬度受到的拉力，非拉斷破壞時(shí)取筋材受到的拉力，拉斷破壞時(shí)取筋材單位寬度抗拉強(qiáng)度；

ΔH——布筋豎向間距。

由于加筋土擋墻中的筋材主要受到垂直于擋墻面板方向的拉力作用，而筋材沿?fù)鯄Ψ较蚴艿降睦^小，所以等效附加圍壓Δσ2的值較小，近似忽略不計(jì)。

將筋材對(duì)土體的復(fù)雜作用通過(guò)附加圍壓Δσ2和Δσ3來(lái)代替，便可將加筋土體當(dāng)作素土進(jìn)行分析計(jì)算。

2 加筋土其他基本理論

（1）摩擦理論：加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)中，填土自重和外力產(chǎn)生土壓力，并作用于擋墻面板，面板上的筋材連接件將土壓力傳遞給筋材，筋材從土中可能被拔出。但筋材被土體壓住，因此填土與筋材之間的摩擦力阻止筋材被拔出。筋材具有足夠的強(qiáng)度，并和土體產(chǎn)生足夠的摩擦力，加筋土體就能保持穩(wěn)定。

筋-土界面的摩擦阻力阻止拉筋被拔出，當(dāng)層筋材與土體之間的摩擦力能抵抗相應(yīng)土體的推力時(shí)，墻體便不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)面，加筋土體的內(nèi)部穩(wěn)定便得到保證。摩擦理論概念明確、簡(jiǎn)單，在工程中得到較廣泛應(yīng)用。但是，摩擦原理沒(méi)有考慮筋材的變形，也沒(méi)有考慮土體的非連續(xù)性和各向異性等。

（2）準(zhǔn)粘聚力理論：加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)可看作各向異性材料，一般情況下，筋材彈性模量大于土體彈性模量，土體與筋材共同工作，加筋土復(fù)合結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度包括土體抗剪力、土體與筋材間的摩擦力和筋材抗拉力，使加筋土的強(qiáng)度提高。準(zhǔn)黏聚力理論將筋材對(duì)土體強(qiáng)度的貢獻(xiàn)用準(zhǔn)黏聚力c′代替，既認(rèn)為筋材的存在提高了土體的黏聚力。

（3）混合物理論：M.Bennis&P.Debuhan將加筋土看作一個(gè)兩相系統(tǒng)，提出一種考慮土與筋材相互作用的加筋土多相本構(gòu)模型，用于加筋土結(jié)構(gòu)的彈塑性分析。該模型將加筋后的材料認(rèn)為是由兩種相互作用的連續(xù)介質(zhì)疊加而成的復(fù)合系統(tǒng)，并建立一個(gè)相容的力學(xué)框架。

以上各種理論促進(jìn)了加筋土技術(shù)的發(fā)展，但是每種理論都存在缺陷，不能普遍反映不同類型加筋土擋墻中筋-土相互作用機(jī)理。因此在實(shí)際工程中，根據(jù)不同類型加筋土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用合適的理論指導(dǎo)工程實(shí)踐。

[1]介玉新，李廣信，鄭繼勤.纖維加筋土計(jì)算的新方法[J].工程力學(xué)，1999，16（3）：81～89.

[2]介玉新，王乃東，李廣信.加筋土計(jì)算中等效附加應(yīng)力法的改進(jìn)[J].巖土力學(xué)，2007，28：129～132.