1、书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2023/31(2)-0680-08杨晓华，李浩，赵旭，等 2023 粉细砂填料柔性挡墙受力变形特性模型试验J 工程地质学报，31(2):680687 doi:1013544/jcnkijeg20210736Yang Xiaohua，Li Hao，Zhao Xu，et al 2023 Model test on stress and deformation characteristics of flexible retaining wall with fine sand fillerJ Jour-n
2、al of Engineering Geology，31(2):680687 doi:1013544/jcnkijeg20210736粉细砂填料柔性挡墙受力变形特性模型试验*杨晓华李浩赵旭孔永博曾浩晏长根许江波(长安大学公路学院，西安 710064，中国)(四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司，成都 610000，中国)摘要本文以孟加拉达卡绕城高速公路为依托，通过模型试验研究了以粉细砂为填料的土工格室柔性挡墙在静载作用下的受力变形机理。试验过程对挡墙土压力、结构层的水平位移和土工格室壁应变进行了监测。试验结果表明:墙踵处水平土压力最大，最大值为 24.8 kPa，墙中心位置的土压力最小，
3、最小值为 15.8 kPa;挡墙同一高度处，墙背的土压力要大于挡墙中部土压力，土压力分布曲线均为内凹曲线;挡墙墙身最大水平位移位于墙高 H/2 处，水平位移最大值为 66 mm，为墙宽的2.2%，墙身水平位移分布呈外凸曲线，墙身变形模式为鼓型;土工格室应变在墙趾处最大，柔性挡墙墙身内土工格室的最大应变连线在墙高 H/2 以下区域从墙趾到墙背线性发展，最大应变连线与水平面的夹角为 34，在墙高 H/2 以上区域，格室最大应变连线沿墙背向挡墙顶面发展。柔性挡墙破坏模式为内部破坏，破裂面为折线型。试验结果为柔性挡墙设计提供了参考。关键词柔性挡墙;模型试验;土工格室;土压力;变形中图分类号:TU413
4、.6+2文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg20210736*收稿日期:20211110;修回日期:20220113基金项目:国家自然科学基金(资助号:42077265)This research is supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No 42077265)第一作者简介:杨晓华(1961)，男，博士，教授，博士生导师，从事岩土与隧道工程研究 E-mail:xiaohuay126com通讯作者简介:李浩(1993)，男，博士生，从事岩土工程研究 E-mail:2018021
5、005chdeducnMODEL TEST ON STESS AND DEFOMATION CHAACTEISTICS OFFLEXIBLE ETAINING WALL WITH FINE SAND FILLEYANG XiaohuaLI HaoZHAO XuKONG YongboZENG HaoYAN ChanggenXU Jiangbo(School of Highway，Chang an University，Xi an 710064，China)(SICHUAN oad and Bridge(Group)Co，Ltd，Chengdu 610000，China)Abstractelyin
6、g on the Dhaka Expressway in Bangladesh，the model test was conducted in this paper to analyzethe stress and deformation characteristics of the geocell-reinforced retaining wall under static loads The earth pres-sure，horizontal displacement and strain on the geocells were monitored It is found that t
7、he maximum earth pressureis found at the heel of the wall and equals 24.8 kPa The minimum earth pressure is at middle of the wall andequals 15.8 kPa The earth pressure on the wall back is greater than that at half the width of the wall with the sameheight The concave form is found for the earth pres
8、sure distribution The maximum horizontal displacement of thewall is found at half the height(H/2)of the wall and equals 66 mm，accounting for 2.2%of the wall width Thehorizontal displacement distribution is convex，which belongs to the drum form The maximum cell strain is at thetoe of the wall In the
9、area below H/2，the maximum strain line of the cell develops linearly from the toe to the backof the wall，with inclined angle of 34to the horizontal plane In the area above H/2，this line develops along thewall back to the top of the wall The flexible retaining wall has an internal failure mode The fa
10、ilure surface is apolyline The test results can provide a guidance for the design of the flexible retaining wallKey wordsFlexible retaining wall;Model test;Geocell;Earth pressure;Deformation0引言柔性挡墙是向土工格室中填入填料并按照一定坡率(1 0.2510.5)层层叠置而成的新型挡土结构物，具有结构轻、施工简便、造价较低的特点。因此，在边坡防护及支挡方面采用柔性挡墙可以取得良好的社会效益和经济效益，应用前
11、景十分广阔(杨晓华等，2020)。鉴于柔性挡墙的受力与变形特性与传统刚性挡墙有较大差别，许多学者对柔性挡墙土压力理论进行了研究。应宏伟等(2008)基于库仑土压力理论的假设采用薄层单元法给出了鼓形变位模式下柔性挡土墙上的土压力计算方法，表明土压力大致呈“”型分布;屈战辉等(2010)认为对土工格室柔性挡墙的主动土压力采用分段计算的方法，以墙身中部水平变位点为分界点，其上采用库仑土压力理论，其下采用水平微分单元法能取得较好的结果。李镜培等(2012)以地下连续墙等柔性挡土结构为研究对象，推导了非极限状态下库仑土压力公式，并分析了填土内摩擦角及墙土接触面上外摩擦角的发挥与土体位移的非线性关系。在柔
12、性挡墙的模型试验和数值模拟研究方面，Li et al(2021)通过大型直剪试验对土工格室加固粉细砂的抗剪强度及体变特性进行了研究，Chen etal(2008)通过一系列模型试验研究了不同设计参数下土工格室柔性挡墙的破坏机理，结果表明柔性挡墙的破坏模式可能为层间滑动也可能是整体倾覆。晏长根等(2017)通过三轴剪切试验研究了土工格室加筋黄土及重塑黄土的剪切性能，发现土工格室加筋黄土表现出明显的强硬化特性，且格室层数的增加可以进一步地提高黄土的剪切性能，为实际工程中设计参数的选取提供了理论参考。王启龙等(2017)通过模型试验、现场测试、数值分析和理论计算等方法研究了路肩式土工格室柔性挡墙土压
13、力和变形的分布规律，并引入微分单元法，提出了挡墙土压力的计算公式。Kurihashi et al(2020)通过将土工格室置于传统刚性挡墙墙背处作为缓冲系统防止落石冲击，两者的结合体能让挡墙承担更大的冲击荷载，土工格室作为缓冲系统比砂土的效果更好。一些废旧合成材料如废旧轮胎碎料常作为轻质填料回填挡土墙，既环保又经济，同时降低了墙后的土压力，最大限度地减小了挡土墙的水平位移(Moghadam et al，2018)。夏帅帅等(2019)通过数值方法研究了挡墙截面与稳定性之间的关系。胡卫东等(2019)针对无黏性砂土模拟悬臂式排桩等柔性挡墙前倾挠曲变形位移模式，研究了有限宽度范围土体变形破坏特征及
14、被动土压力分布规律，结果表明柔性挡墙后被动区土体滑动破裂面不通过墙踵而交于墙身，接近或达到被动极限状态时形成贯穿的连续曲面。对柔性挡墙的工程特性的研究表明，柔性挡墙墙身位移受到墙宽、加筋间距和基础模量的影响较大，在不同高宽比、坡度以及路基表面荷载情况下柔性挡墙的受力变形特性不同(Xie et al，2009;宋飞，2011)。当柔性挡墙受到路基顶面附加应力影响时，柔性挡墙内部的土工格室会承受较大的拉应力，尤其是格室壁和焊缝连接处，格室的焊缝连接作为最薄弱部位往往最先破坏，因此格室的加固能力很大一部分受限于焊缝处的强度，但目前对于格室的荷载传递机制及变形机理的研究十分有限(Isik et al，
15、2020)。另外，高密度聚乙烯(HDPE)材料的土工格室在受到高应力时会出现明显的塑形屈服变形(杨广庆等，2021)，如何保证土工格室发挥其强度是柔性挡墙能否保持稳定的关键因素之一。尽管目前许多研究涉及到了土工合成材料对边坡的加固作用，但主要集中于加筋土挡墙领域(张智超等，2016;陈建峰等，2019;王家全等，2019;陈福全等，2020;苏丕辉等，2020;肖成志等，2020;任非凡等，2021)，在柔性挡墙的相关研究方面，以对排桩和地下连续墙等结构的研究居多，在土工格室柔性挡墙研究方面，格室填料大多为中粗砂及黄土，以粉细砂为填料的柔性挡墙研究较少。此外，一些模型试验中对相似材料的选择不够
16、合理，以上这些因素制约了对土工格室柔性挡墙工程特性的进一步发掘。因此，本文以孟加拉达卡绕城高速公路项目为依托，通过模型试验研究了以粉细砂为填料的柔性挡墙的受力、变形特征，对柔性挡墙的设计和工程应用具有一定的意义。18631(2)杨晓华等:粉细砂填料柔性挡墙受力变形特性模型试验1工程概况达卡(Dhaka)绕城高速公路位于孟加拉首都达卡，是我国“一带一路”重要项目之一。作为孟加拉重点建设公路，该项目的实施将极大地提高道路通行服务能力，促进经济、旅游事业的发展。路线图如图 1 所示，该公路全长为 48.15 km，设计速度为80 kmh1和 65 kmh1，路基宽度 32.2 m，路基为路堤形式，双向 4 车道设计，柔性挡墙位于服务车道路基边坡处，高 4.5 m，宽 3 m，坡率为 10.25，路基标准断面图如图 2 所示。图 2路基标准断面图(单位:cm)Fig 2Project overview of Dhaka ing oad(unit:cm)图 1达卡绕城公路路线图Fig 1oute of Dhaka ing oad该项目所在地的地形平坦开阔，大部分地区海拔低于 12 m，总体地势平