加筋土挡墙计算的发展与现状.pps
加筋土挡墙计算的发展与现状王正宏,华北水利水电学院北京研究生部 二00二年十一月,学术会议 交流论文,1 前言,设计理论依据 H.维德尔（Vidal）加筋理论 土工合成材料的应用 常用材料：土工格栅、编织型土工织物、加筋无纺土工织物、加筋带、其他 开拓单位 法国道桥研究所（LCPC）、美国交通局、英国交通局等,1 前言,对加筋材料的基本要求 耐久性、高强度、高模量、高表面摩擦系数、低蠕变性等 加筋材料的优点 除满足上述要求外附加优点：回填料可为非粒状料，如粘性土、粉煤灰等；抗震性好，如日本阪神大地震中格栅、金属条加筋挡墙完好无损。,2 设计方法的历史回顾,以往涉及变形分析的多用FEM法；涉及稳定的用LEM法，从实用观点出发，目前基本上用LEM法。 FEM法尚未实际应用的原因：优点全面了解土体的应力应变关系；便于计及加载过程和土性变化；连续揭示土体破坏前的过程变化等等。困难需了解土的起始条件；全面掌握土体弹性与塑性状态至破坏，确定土、筋材、土筋材三者的本构关系；由应力应变场难以判定破坏。如图1：,2 设计方法的历史回顾,2 设计方法的历史回顾,关于安全系数 以往与现在都有两种不同的安全系数： a. 工程设计安全系数：即传统的安全系数；考虑荷载组合，指标选用与计算方法中不确定性的综合折减因数。 b. 材料安全系数：即强度折减的总体安全系数（bulk factor of safety ）现已改用分项安全系数（partial factor of safety），它可以逐项计及材料的“弱点”所在，按分项安全系数折减后，材料到使用寿命时，仍可提供安全强度。,2 设计方法的历史回顾,分项安全系数的研究新成果 近年美国FHWA和AASHTO花费了大量经费和时间研究了分项安全系数，材料许可拉伸强度 材料的极限强度 施工破坏折减分项系数 材料老化折减分项系数；,2 设计方法的历史回顾,总折减系数； 与时间有关的蠕变折减分项系数，它不导致 材料性质恶化，也不改变材料短期极限强度 。 以上各折减分项系数分别列于 表1 至 表3。 *改进后的现有方法： 1、以分项安全系数代替总安全系数； 2、计算土压力以Ka 代替K0； 3、取消抗倾覆验算； 4、也可以用于永久性工程。,表1 施工破坏强度折减系数,表2 PET强度的老化折减系数,2 设计方法的历史回顾,对于pp材料，要求掺入抗氧化剂，如人工老化箱测得经500h，强度保留率达90%，则在20，100年的 =1.1；掺抗氧剂，HDPE格栅20，100年时 =1.1。 FHWA1998建议蠕变折减系数见表3:,表3 蠕变折减系数,2 设计方法的历史回顾,现行国外主要的加筋土挡墙LEM设计法 a. 美国方法 DEMO82法：FHWA提出，用于各种挡墙 NCMA法：混凝土与圬工协会提出，限用于模块式挡墙。 b. 德国方法 DIBT法：德国建筑研究所提出，适用于一般挡墙。,3 加筋土挡墙按规范设计法,规范包括： 国标土工合成材料应用技术规范 ，GB5029098 部标水利水电工程土工合成材料应用技术规范SL/T22598 两者均属DEMO设计法。 设计方法: 墙体初设断面 a. 一般情况：L0.7H,3 加筋土挡墙按规范设计值,b. 填土面为斜面或墙顶有超载：L0.7H 见图2：,3 加筋土挡墙按规范设计法,墙背土压力计算 分别情况，按库仑土压力理论，见图3。,3 加筋土挡墙按规范设计值,3 加筋土挡墙按规范设计值,墙体外部稳定性核算 a. 抗水平滑动稳定性； b. 抗深层滑动稳定性； c. 地层承载力验算: 按太沙基公式计算极限承载力。根据Meyerhof 建议将偏心荷载化为轴心荷载。,墙体内部稳定性核算 a. 各层筋材中的拉力：按土压力分布图确定，,区分刚性筋材（如土工格栅）和柔性筋材（如土工织物） b. 柔性筋材中的拉力：按库仑土压力理论，见图4。,3 加筋土挡墙按规范设计值,c. 刚性筋材中的拉力：土压力系数 按图5，筋材中拉力确定见图4：,3 加筋土挡墙按规范设计值,d. 填土内的破坏面：见图6，按此筋才分为主动长度 和锚固长度 。,3 加筋土挡墙按规范设计值,e. 筋材的两种破坏形式 筋材被拉断，图7（a） 筋材被拔出，图7（b）,3 加筋土挡墙按规范设计值,3 加筋土挡墙按规范设计值,f. 强度验算：安全条件为： （2） 式中： 筋材的许可强度； 筋材的计算拉力； 安全系数,g. 抗拔计算 （3）,3 加筋土挡墙按规范设计值,式中： 加筋材覆盖面积比，满铺时 =1 非满铺时 1 尺寸修正系数 h. 筋材总长度 式中： 筋材逐层包裹所许需长度， 最终长度应作调整，以利施工。 _ 承载力：按常规法计算。,亦称双楔体法，见图9，也以极限平衡理论为基础。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,（1）与规范法的异同 外部稳定性验算 与规范法无原则差别，要求验算： a. 抗水平滑动 b. 地基承载力 c. 墙底合力在有效底宽 以内。 内部稳定性验算 沿三种滑动面验算:,a. 一般斜面：每一高程处，每隔3o 划一斜面，见图10 b. 两筋层之间的斜面，不与筋材相交，见图10 c. 沿筋材面，见图10,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,主要假设 a. 、 任意大小，见图11，故也可用于陡坡加筋设计；,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,b. 主动土压力按库仑理论计算； c. 按Meyerhof建议变偏心荷载为轴心荷载； d. 用恒体积值 cv，忽略c值，分w、b、f三区 e. 筋材许可强度 f. 筋材最小长度,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,验算内容和采用指标，见表4： （2）外部稳定性验算 抗水平滑动 a. 作用力系，见图12： b. 库仑主动土压力 （4）,表4 验算内容和指标,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,，用二者中的较小值； （有筋材）， （无筋材） c. 抗水平滑动安全系数 （5）,地基承载力验算 a. 针对最大荷载情况的地基压力，见图13。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法, 对墙趾O点求力矩，得到合力在墙底的偏心距e； 墙底有效宽度 墙底面作用垂直压力： （6）,b. 针对最大倾覆力矩情况的地基压力 墙底中心前方和墙后坡面上有临时超荷载，见图14。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法, 其它计算如上述 a ，求相应p c. 地基承载力验算 极限承载力公式 （7） 式中 承载力因数 倾斜因数 、 分别为水平和垂直向极限荷载 要求的安全系数为,检查墙底合力作用点位置 要求全不考虑临时超荷载，合力在底宽 以内， 见图15。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,滑动面为一般斜面 a. 验算条件，见图16。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,（3）内部稳定性验算,b. 维持楔体稳定所需的力 Z 楔体上的作用力系，见图17。,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,所需平衡力 Z：见力多边形得： （9） 筋材可提供的抗力 （a）抗拔力（不计临时超荷载）：见图18。 （10） （b）筋材最大许可拉力 （11）,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,c. 稳定性评价：要求： 总抗力（12） 或 ，采用两者的较小值。 注意：还应再校核有临时超荷载情况。 滑动面为筋材面 a. 验算条件：见图19。 b. 验算公式：例如沿 面滑动，计算方法同外部稳定性验算的抗水平滑动 （13）,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,滑动面为最陡的相邻筋层间斜面 a. 验算条件：见图20。 b. 验算公式： 例如沿 面滑动 （14） 式中,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,c. 计算中对于临时性超荷载的考虑 加筋土后面的应考虑； 墙顶： ，要考虑 ，不考虑 墙面稳定性 a. 计算图 ：见图21。 b. 验算内容：校核 深度处土压力是否超过包裹土工 织物的抗拔力，或土工格栅的长期蠕变强度。 c. 处的水平主动土压力,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,4 加筋土挡墙设计的DIBT法,（15） 计算土压力时的假设： ；最大值在 处； 不考虑临时超荷载。 d. 稳定性评价 土工织物抗拔力 或土工格栅蠕变强度 （16）,5 DIBT法和传统法的比较,DIBT法分析的破坏形式较全面，这些形式符合实际出现过的破坏情况； 按DIBT法分析，筋材布置更合理，也更经济； DIBT法在德国、英国和欧洲其他国家应用较普遍； DIBT设计需借助计算机。,谢谢！,
