间接加筋作用及加筋土挡墙离心模型试验验证

土工合成材料加筋土挡墙在工程实践中得到了广泛应用,但现行加筋土挡墙的设计方法很有争议,以及对加筋土挡墙的工作机理上的认识存在误区。基于已有间接加筋作用的研究成果,提出了"临界层间距"的概念,并以此区分加筋土挡墙的密筋状态和疏筋状态。认为在不同的加筋状态下,加筋土挡墙工作机理是不同的。而且临界层间距与填土和筋材性质有关,并不是一个固定值。在密筋状态下的加筋土挡墙自身表现为一个柔性筋土复合整体。为了验证这些认识,进行了刚性基础上加筋土挡墙的离心模型试验研究,结合试验结果论证了间接加筋作用及密筋状态下加筋土挡墙的工作机理,提出了进一步研究的思路。

基于间接加筋作用的加筋土强度降低原因分析

为了进一步探索加筋土强度降低的原因,从间接加筋角度出发,通过考虑加筋的负面作用,得到了加筋作用影响范围内土体强度参数的劣化机理,由此推导出了拉断破坏和黏着破坏情形下的加筋土强度表达式,并对这两种强度表达式作了讨论分析。研究结果表明:①当加筋作用不足以弥补黏聚力与摩阻力的减少时,加筋土的强度会低于不加筋土的强度。②加筋土强度的降低程度与土-筋界面的渗透性、加筋材料在土中形成的夹层、加筋间距等有关。③在加筋土工程的设计中,应优化筋土比例,合理化加筋间距,改善土筋界面的透水性,使间接加筋作用发挥到最大,从而可以进一步提高加筋土的强度。

考虑间接作用影响的加筋土强度特性分析

对于加筋土强度的研究,多数研究者大都仅考虑加筋的直接作用,但还需考虑加筋的间接作用,若考虑间接加筋作用后,加筋土强度还会有很大提高。为此从间接加筋作用出发,仍将加筋土的破坏分为拉断破坏和黏着破坏,针对轴对称荷载下斜向布筋的加筋土三轴试样,认为试样处于极限平衡状态,通过改变间接作用范围内土的黏聚力大小,并通过内力分析,认为试样处于静力平衡状态,从而得到极限平衡条件下加筋土的大主应力表达式,再针对增大的黏聚力满布加筋作用范围、填料为砂土、加筋层与试样横截面夹角为零度及不考虑间接作用等情况做了详细讨论分析。结果表明:当间接加筋作用范围内土的黏聚力增大时,加筋土强度会有很大提高,当间接加筋作用满布加筋层的作用范围,则间接加筋作用会发挥到最大;当筋材与试样横截面夹角为零度时,加筋效果最佳;当考虑间接加筋作用时,加筋砂土也会表现出很高的似黏聚力;当不考虑间接加筋作用时,则强度表达式就变成通常情况下的加筋土强度表达式。

加筋土强度降低原因的理论分析

从理论上推导出了加筋土强度的数学表达式,分析了土的黏聚力与土筋界面参数变化对加筋土强度的影响,研究表明,当发生拉断型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的拉力占优势的情况下,加筋土的强度会低于素土的强度;当发生黏着型破坏时,黏聚力的减少比筋材提供的摩阻力占优势的情况下,加筋土的强度也会低于素土的强度。加筋土强度的降低程度与筋材在土中形成的夹层、土筋界面透水性、加筋间距有关。