第４３卷第４期２０１５年４月同济大学学报（自然科学版）Ｊ０【限ＮＡＩ，０ＦＴｃＩＮＧＪＩＩＩＮＩｖＥＩｉＳＩＴＹ（ＮＡＨ瓜ＡＩ．ＳＣＩＥＮＣＥ）Ｖ０１．４３Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１５文章编号：０２５３—３７４Ｘ（２０１５）０４．０５２９—０７ＤＯＩ：１０．１１９０８／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３—３７４ｘ．２０１５．０４．００７扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理周健１’２，李翠娜１，黄金３，张娇４（１．同济大学地下建筑与工程系，上海２０００９２；２．同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海２０００９２；３．中国民航机场建设集团公司西南分公司，成都６１０２０２；４．上海城市管理职业技术学院土木工程与交通学院，上海２００４３２）摘要：采用离心机模型试验和ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟相结合的方法，研究上海某高填土工程中扶壁式挡墙与包裹式土工格栅组合的复合挡墙变形规律和受力机理．离心机模型试验结果表明，复合挡墙的水平位移较小，能较好地控制高填土水平位移．在离心机模型试验的基础上，采用ＦＬＡＣ３０计算了复合挡墙的水平土压力，并与同尺寸和参数条件下的纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙的水平位移和水平土压力进行对比分析，结果表明，复合挡墙中扶壁式挡墙能有效地控制水平位移，包裹式土工格栅分担大部分水平土压力．该研究为高填土复ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｔｅｓｔ，ＦＬＡＣ３０ｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌ，ａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｍｐａｒｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅａｒｔｈｗｉｔｌｌｗｒａｐｐｅｄ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌａｎｄｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗａｌｌｃａｎｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔｒｅｔａｉｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙａｎｄｗａｐｐｅｄ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｓｈａｒｅｓｍｏｓｔｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｏｆｔｅｓｔａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｆｉｌｌｅｄ合挡墙工程设计提供了理论依据．关键词：扶壁式挡墙；包裹式土工格栅；复合挡墙；离心机模型试验；ＦＬＡＣ３Ｄ中图分类号：ＴＵ４７６．４文献标志码：Ａｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｏｆｈｉｇｈｐｒｏｊｅｃｔ．ｗａｌｌ；ｗｒａｐｐｅｄ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗａｌｌ；ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔｒｅｔａｉｎｉｎｇｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌ；ｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｔｅｓｔ；Ｆ】ｊＡＣ３ＤＴｈｅＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＬａｗａｎｄＳｔｒｅｓｓＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＷｒａｐｐｅｄ－ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄＲｅｔａｉｎｉｎｇＷａｌｌａｎｄＣｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔＣｏｍｂｉｎｅｄ目前，国内外学者对加筋挡墙主要研究带有面板的筋带加筋挡墙，而对包裹式加筋挡墙、扶壁式挡墙特别是两种形式相结合的复合结构较少涉及．自２０世纪６０年代初法国工程师ＶｉｄａｌＥｌ］提出加筋土概念以来，国内外学者对加筋土的加筋机理进行了大量研究．ＶｉｓｗａｎａＱｎ＂－－。。［２－３］在离心模型试验过程中监测加筋边坡侧向位移、坡顶沉降和筋材自身应变分布三大指标，对加筋边坡破坏时的筋材性能进行研究．顾培等［４］针对建造在软土和刚性地基上的加筋土挡墙工作机理进行离心模型对比试验研究．ＳｏｎｎｅｎｂｅｒｇＩｓ］为研究树根加筋对加筋边坡稳定性影响进行一系列加筋边坡离心机试验。王旭等［６］采用有限元强度折减方法对超高加筋土挡墙进行了计算分析，使得超高加筋土挡墙的设计更为优化．肖成志等［７］综合对比分析土工格栅加筋土柔性桥台基础距下部挡墙面板的距离Ｄ对柔性桥台结构极限承载力、下部挡墙变形特点、筋材应变和土压力的影响．ＺｔｔＯＵＪｉａｎｌ¨，Ｌ，Ｃｕ．ｉ竹ａ１，ＨｕａｎｇＪｉｎ３，ＺｈａｎｇＪｉａ０４（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔＳｈａｎｇｈａｉｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎ翊ｉｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ａｎｄ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎ翊ｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎＡｉｒｐｏｒｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＢｒａｎｃｈ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２０２，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｃｈｏｏｌＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＵｒｂａｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｐｐｌｙｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔａｎｄＦ】■≮Ｃ３０ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｈｉｇｈｆｉｌｌｅｄｐｒｏｊｅｃｔｏｆＳｈａｎｇｈａｉａｂｏｕｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｌａｗａｎｄｓｔｒｅｓｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｔｈａｔｗｒａｐｐｅｄ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔｒｅｔａｉｎｉｎｇｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｃｏｍｂｉｎｅｄｔｅｓｔ’Ｓｗｉｔｈｗａｌｌ．ＣｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｉＳｓｍａｌｌｅｒ，ａｎｄｔｈａｔｃｏｍｂｉｎｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｃａｎｂｅｔｔｅｒｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈｆｉｌｌｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ收稿日期：２０１４－０３－３１第一作者：周健（１９５７一），男，工学博士，教授，博士生导师，主要研究方向为软土地基处理技术、土体细观力学模拟Ｅ－ｍａｉｌ．．ｔｊｕｇｅｚｈｏｕｊｉａｎ＠ｔｏｎ萄ｉ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：李翠娜（１９９０－－），女，硕士生，主要研究方向为泥石流形成宏细观机理．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｃｕｉｎａｌ９９００２０３＠１６３．ｃｏｒｎ万方数据同济大学学报（自然科学版）第４３卷王元战等［８．９］对扶壁式挡墙利用静力平衡条件对滑动土楔体内的水平土体微元进行分析，计算出了墙背水平土压力．Ｓｏｍｍｅｒｓ［１０］在离心模型试验中研究土工布包裹式加筋砂土边坡承受坡顶竖向加载破坏性状．朱文婷等［１１］将加筋土与悬臂式挡墙相结合的结构运用于梯形断面向矩形断面的渐变段结构设计中，大大降低了墙踵与墙底的基底应力比．本文针对上海某高填土工程中采用的扶壁式加筋复合挡墙，采用离心机模型试验和ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟相结合的方法研究复合挡墙变形规律和受力机理．离心机试验中，在４０９（ｇ为重力加速度）离心场下对扶壁式加筋复合挡墙的水平和竖向变形规律进行研究分析．在离心机试验结果的基础上，采用ＦＬＡＣＤ对离心模型试验结果进行模拟，并将复合挡墙与同尺寸和参数条件下的纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙的水平位移和水平土压力进行对比研究，进一步探究了复合挡墙变形规律和受力机理．基于以上离心机模型试验及其数值模拟结果，为复合挡墙工程提供建议和参考．１ｔ。，ｔ。分别为模型和原型筋材厚度；７／为模型相似比．综合考虑模型相似比、材料稳定性、制样操作空间等因素，最终选定聚丙烯腈纶滤网替代土工格栅，其初始拉伸模量为Ｅ。一５８ｋＮ・ｍ一．（２）扶壁式挡墙替代材料考虑扶壁式挡墙的刚性特征，通常用刚板作为其替代材料．因为扶壁式挡墙为抗弯构件，要保证模型与原型的应力水平一致，应使两者的抗弯刚度相等Ｅ１１｜，即：如一生：｝匾７／～Ｅｍ（２）对扶壁式挡墙的墙面板和踵板，把Ｅｐ一２６ＧＰａ，Ｅｍ一２００ＧＰａ，ｔ。一４５０ｍｍ，饱一４０代入公式得：ｔ。一５．７ｍｍ，同理可得扶肋的模型厚度为２．６ｍｍ．１．２离心机模型试验介绍１．２．１离心机模型试验装置使用同济大学ＴＬＪ一１５０复合型岩土离心试验机，其试验最大容量为１５０ｇ・ｔ．模型箱尺寸为９０ｃｍＸ７０ｃｍ×７０ｃｍ（长×宽×高），模型与原型几何离心机模型试验相似比例为ｎ＝４０．本文在４０９离心场下对扶壁式加筋复合挡墙进行研究，离心机模型缩尺示意图如图１中所示．图中，ＬＶＤＴ为位移传感器，ＬＶＤＴ—Ｖ１～ＬＶＤＴ—Ｖ３表示监测竖向位移的３个传感器，ＬＶＤＴ—Ｈ１～ＬＶＤＴＨ３表示监测水平位移的３个传感器．模拟实际工程中的尺寸为：地基土长３６ｍ、厚１２ｍ、宽２８１．１离心试验材料１．１．１试验土样离心模型试验土样采用上海典型的②层粉质粘土，地基土和填土的基本物理力学性质指标见表１—２．表１地基土的物理力学性质指标Ｔａｂ．１Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍ；填土长１３ｍ、高８ｍ；扶壁式挡墙的立壁高８１ｍ、ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ踵板长４ｍ，包裹式筋材长９ｍ、反包２ｍ、竖向间距ｉｎｄｅｘｅｓｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｏｉｌｍ；扶壁式挡墙和包裹式筋材之间的距离为１ｍ．表２填土的物理力学性质指标Ｔａｂ．２Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｄｅｘｅｓｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｓ１．１．２土工格栅和扶壁式挡墙材料（１）土工格栅替代材料离心机模型试验中，可通过控制方程或量纲分析法对加筋材料进行推导ｍ。１３｜，其相似条件为星一图１‘（１）…‘Ｆｉｇ．１离心机模型和位移计布置缩尺示意图（单位－．ｎｕｎ）Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅｔｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ—Ｅｍ—ｔｍ一一１咒Ｅｐｔ。式中：Ｅ，Ｅ。分别为模型和原型筋材的弹性模量；万方数据ｓｃａｌｉｎｇｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃｓｋｅｔｃｈ（ｕｎｉｔ：Ｉｎｎｌ）第４期周健，等：扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理离心机模型试验的位移计布置示意图如图１所示，分别在水平和竖向各布置三个位移计监测复合挡墙的水平和竖向位移．１．２．２离心机模型制作１．３．２坡顶竖向位移的分析复合挡墙三个竖向位移计的监测结果随时间的变化如图４中所示．图中各曲线在试验初期，竖向位移随时间增加较快，之后逐渐趋于稳定，复合挡墙Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３处试验稳定值分别为１１．２７，１２．０６，】２．９４Ｃ１ＴＬ试验土样从现场取土，然后晒干、粉碎、加水，其中地基土和填土部分的土样制备不同．（１）地基土制作在模型箱底铺设３ｃｒ［１饱和砂垫层，再分层均匀铺填淤泥质粉质粘土４０Ｃ１ＴＩ，每５ｃｍ一层．地基土固结时，缓慢将离心加速度增至４０９，当监测孔压消散９０％时，认为地基土固结已完成．（２）填土制作根据击实试验确定填土的最优含水率和最大干密度，试验后取样得到压实度为０．９的填土．在地基土上设置扶壁式挡墙后，依次铺设筋材和填土，每层填土厚２．５ｃｍ．填土和筋材布置完成后，在筋材和挡墙之间的空隙回填砂土．１．３离心机模型试验结果图３墙面水平位移随高度变化图Ｆｉｇ．３Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｗａｌｌａｌｏｎｇｗｉｔｈｗａｌｌｈｅｉｇｈｔ１．３．１复合挡墙水平位移分析复合挡墙三个水平位移计的监测结果随时间的变化如图２中所示．图中曲线均表现为试验初期，水平位移随时间呈线性快速增加，之后逐渐趋于稳定．复合挡墙Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３处水平位移试验的稳定值分别为２．７９，３．４０，４．０４ｃｍ．复合挡墙Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３处，墙面水平位移稳定值随墙高呈现线性增大的趋势（图３），表明复合挡墙中扶壁式挡墙刚性的特点．可近似得到墙面水平位移稳定值与墙高的关系式为：ｙ一３．６８０ｚ一７．２８４，据此关系式预测墙底水平位移１．９８ＣＩＴＩ，墙顶水平位移４．１５时间／ｄＣＩＩＩ，墙体有绕墙趾转动的趋势．墙面水平位移Ｆｉｇ．４图４坡顶测点的竖向位移图Ｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｔｏｐｏｆｔｈｅｓｌｏｐｅ较小，表明扶壁式加筋复合挡墙整体稳定性较好．４４３３２ｍｅａｓｕｒｅｄ－ｐｏｉｎｔ复合挡墙Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３处（图５），填土表面测点的竖向位移随着距挡墙距离的增加有减小的趋势．可近似得到测点到挡墙距离与竖向位移之间的关系２，●０时间／ｄ图２墙面测点的水平位移变化曲线Ｆｉｇ．２Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｗａｌｌｍｅａｓｕｒｅｄ－ｐｏｉｎｔＦｉｇ．５图５坡顶竖向位移随与挡墙距离变化图Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｔａｎｃｅｏｎｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｔｏｗａｒｄｓｗａｌｌｓｌｏｐｅｗｉｔｈ万方数据同济大学学报（自然科学版）第４３卷式为：∥一一０．００５ｘ２－－０．１７８ｘ＋１３．７，据此关系式预测得到最小和最大竖向位移为１０．５４和１３．７ｃｍ，位移值较大．三个测点位移值均较大，且比较接近，表明复合挡墙有整体固结沉降的趋势；竖向位移值比水平位移大得多，表明填土以竖向固结沉降为主；靠近挡墙一侧位移值偏大，远离挡墙位移值偏小，这是由于：靠近挡墙的填土向挡墙方向移动，填补挡墙水平位移产生的空隙；在土压力作用下，填土有向挡墙移动的趋势．２２．１ＦＬＡＣ３Ｄ数值验证及分析ａｉ维模型示意图模型建立及数值验证－一墙背水平土压力观测点：山山ｊ．Ｊ‘２．１．１模型建立基于摩尔一库伦模型，采用ＦＬＡＣＤ建立了扶壁式加筋复合挡墙的数值模型．为了简化分析，在数值模拟中不考虑水的渗流作用．模型尺寸为重力场下离心模型试验的原型尺寸，如图６所示．２．１．２土体参数的确定水平和竖向。・位移观测点箕芏ｏ：基于复合挡墙的离心机试验结果，通过参数反演，确定数值模型中土体的土性参数（表３）．土工格栅与土体相互作用通过两者共用节点和设置土工格栅参数实现．本文通过拉拔试验和直剪试验，最终确定土工格栅的参数取值见表４．将扶壁式挡墙视为壳单元，壳单元参数是根据扶壁式挡墙的实际材料属性和截面尺寸确定的（表４）．表３土体的物理力学参数Ｔａｂ．３ＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｏｉｌＦｉｇ．６ｂ观测点位置示意图图６三维数值模型示意图（单位：ｌｌｌｎｉ）ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｄｉａｇｒａｍｍａｔｉｃｓｋｅｔｃｈ（ｕｎｉｔ：ｍｍ）图７中可以看出，数值模拟和离心试验的墙面水平位移均随挡墙高度表现出线性增大的特点，数值模拟比离心试验结果小１０．４％左右，误差相对较小．类别土工格栅麓泊松比瀚悲留篙磬篙鬻Ｅ／ＭＰａ６７００００“（ｋＰａ・ｍ一１）０．３３０．２５０００ｃ／ｋＰａ８∥（。）１５扶壁式挡墙３０２．１．３数值计算结果验证在挡墙中间位置，从墙底１ｍ到墙顶８ｍ处每间隔１ｍ选取一个观测点，共８个观测点（图６ｂ中所示）．将数值模拟得到的测点水平位移与离心模型试验得到的墙面水平位移进行比较，如图７所示．从Ｆｉｇ．７图７墙面水平位移变化曲线Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｗａｌｌ万方数据第４期周健，等：扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理取填土表面中间位置与挡墙距离从０ｍ到１３ｍ处，每间隔１ｍ取一个测点，共１４个测点（图６ｂ使得水平土压力略有减小，这充分说明土工格栅分担土压力的作用；１～２ｍ土压力小幅减小，这是由于扶壁式挡墙约束了土工格栅的变形，土工格栅竖向土压力较大，各层土工格栅之间的摩擦力增大，土工格栅分担的水平土压力较大，传递到挡墙的水平土压力较小．中所示）．将数值模拟与离心模型试验的竖向位移进行比较，如图８所示．从图中可以看出，数值模拟和离心试验得到的填土表面竖向位移在数值上比较接近，最大相差９％，误差相对较小．墙背水平土压力分布曲线表明：复合挡墙中，扶壁式挡墙了土工格栅的变形，土工格栅分担扶壁式挡墙的水平土压力．数值模拟得到的墙后水平土压力在距离挡墙底部大约１／４高度处达到最大值１０．ＯｋＰａ左右，水平土压力较小，对于高填土，复合挡墙比较安全，安全储备较高．图８坡顶竖向位移曲线Ｆｉｇ．８Ｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｔｏｐｏｆｓｌｏｐｅ２．３变形机理对比研究分析为了进一步研究复合挡墙受力机理，将复合挡墙与同尺寸和参数条件下纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙（图１０）的墙背水平土压力的数值模拟结果进行对比分析．选取挡墙中间位置，从墙底０．５ｍ到墙顶７．５图７和图８表明，复合挡墙水平和竖向位移数值模拟结果与离心试验结果基本一致，水平和竖向位移变化规律大致相同．数值模拟较好地反映了离心试验结果．２．２墙背水平土压力结果分析ｒｎ每隔１ｒｎ选取一个测点，共８个测点（图６ｂ），研究其水平位移．复合挡墙、纯加筋和纯扶壁式挡墙三者数值模拟的结果进行分析比较，得到墙面水平位移随高度变化的曲线如图１１所示．为了研究复合挡墙受力机理，在复合挡墙水平和竖向位移数值模拟的基础上，采用ＦＬＡＣ３Ｄ对复合挡墙的墙背水平土压力进行模拟．在挡墙中间位置，从墙底０．５ｍ到墙顶７．５１ＴＩ每隔１ｍ取一个测点共计８个测点（图６ｂ中所示），得到复合挡墙中扶壁式挡墙墙背水平土压力随挡墙高度变化的曲线如图９所示．ａ纯加筋挡墙图９墙背水平土压力分布曲线Ｆｉｇ．８Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｕｒｖｅｂ纯扶壁式挡墙图１０纯加筋挡墙和纯扶壁式挡墙的结构设计断面图（单位：ｉｎ）Ｆｉｇ．１０Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｓｅｃｔｉｏｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｆｉｇｕｒｅｓａｎｄｏｆｗｒａｐｐｅｄ－ｃｏｕｎｔｅｒｆｏｒｔｏｆｔｈｅｂａｃｋｏｆｔｈｅｗａｌｌ图９中，从坡顶往下分析，墙后水平土压力先小幅减小，然后逐渐增大直到距离坡顶大约３／４高度处达到最大值，最后再小幅减小．７～８ｍ的填土没ｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｗａｌｌ（ｕｎｉｔ：ｍ）有反包土工格栅，而７～６ＩＴＩ的填土有反包土工格栅从图１１中可以看出：复合挡墙和纯扶壁式挡墙万方数据同济大学学报（自然科学版）第４３卷的墙面水平变形比纯加筋挡墙相比小得多，前者水平变形量不超过６ｃｍ，而后者水平变形量最大能达到１６ｃｍ．８纯扶壁式挡墙的墙背水平土压力小得多，前者墙背水平土压力最大约为１０．５ｋＰａ，而后两者墙背水平土压力最大达到７１．４ｋＰａ和４７．８ｋＰａ．在挡墙底部０．５ｍ处，复合挡墙水平土压力约为纯加筋挡墙的１４．７％．这是由于复合挡墙中，扶壁６式挡墙为刚性，阻止了土工格栅的变形，在土压力作用下，各层土工格栅挤压密实，摩擦力增大，传递到扶壁式挡墙的水平土压力较小．Ⅲ／越恒恒辩４复合挡墙的水平土压力在墙高５．５ｍ处以下明显小于纯扶壁式挡墙，在墙高１．５１ＴＩ处，复合挡墙水平土压力约为纯扶壁式挡墙的２２．ｏ％，这是由于复合挡墙中的筋材已经承担大部分水平土压力，剩下２一１７．５—１５．０—１００—５．０Ｏ水平位移／ｅｒａ小部分传递到扶壁式挡墙，由此充分体现复合挡墙在减小墙背水平土压力方面的优势．２．５复合挡墙土压分担的分析及工程建议图１１墙面水平变形比较图Ｆｉｇ．１１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆａｃｅｏｆｔｈｅｗａｌｌ分析得到包裹式土工格栅和扶壁式挡墙共同承担填土产生的水平土压力的原理：两者之间预留一定的空隙，铺设包裹式土工格栅并进行填土堆筑到一定高度，此时土工格栅已发生较充分的变形，大部分水平土压被土工格栅承担；再回填空隙，由于施工结束后包裹式加筋土会继续变形，部分水平土压逐渐由扶壁式挡墙承担，最终形成包裹式土工格栅与扶壁式挡墙共同受力的模式．据此，对实际工程可提供一定建议：（１）扶壁式挡墙主要起控制墙面水平位移作用，对于复合挡墙墙面水平变形的特点，可以看出复合挡墙中的扶壁式挡墙属于刚性较大的结构，能够有效控制墙面的水平位移．复合挡墙可用在对墙面水平位移要求较高的工程中．２．４受力机理对比研究分析为了进一步研究复合挡墙受力机理，将复合挡墙与同尺寸和参数条件下纯加筋挡墙、纯扶壁式挡墙（图ｉＯ）的墙背水平土压力的数值模拟结果进行对比分析．选取挡墙中间位置，从墙底０．５ｍ到墙顶７．５ｍ每隔１ｍ选取一个测点，共８个测点（图６ｂ）．复合挡墙、纯加筋和纯扶壁式挡墙三者墙背水对水平土压力分担的比例较小，因此建议取消扶肋而使用普通Ｌ型挡墙，挡墙的厚度也可适当变薄，这样可以节省材料、使得包裹式土工格栅的铺设也更加方便；平土压力数值模拟结果随高度变化的曲线如图１１所示．８７６５４３２ｌ（２）复合挡墙预留的空隙主要起传递水平土压力的作用，本身密实度和强度要求不高，因此可选择在空隙中回填中粗砂等粗颗粒填料，还可以起到排水作用．３Ⅲ／型恒阻磐结论本文采用离心机模型试验和ＦＬＡＣＤ数值模拟相结合的方法研究扶壁式加筋复合挡墙的变形规律和受力机理，得到结果如下：（１）复合挡墙水平位移较小，变形以竖向固结沉降为主．复合挡墙变形规律具有扶壁式挡墙刚性和包裹式土工格栅柔性的双重特征．（２）复合挡墙中扶壁式挡墙承担小部分水平土压力；与同尺寸和参数条件下的纯加筋、纯扶壁式挡８０６０４０２００墙背水平土压力／ｋＰａ图１２墙背水平土压力比较Ｆｉｇ．１２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｂａｃｋｏｆｔｈｅｗａｌｌ从图１２中可以看出，复合挡墙比纯加筋挡墙和万方数据第４期周健，等：扶壁式加筋复合挡墙变形规律和受力机理５３５墙相比，复合挡墙水平土压力大大降低．（３）高填土复合挡墙工程中，可取消扶壁式挡墙扶肋而使用普通Ｌ型挡墙，挡墙的厚度也可适当变薄，预留空隙中可回填中粗砂等粗颗粒材料．参考文献：［１］ＶｉｄａｌＨ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅａｒｔｈ．Ｈｉｇｈｗａｙｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｃｏｒｄ２８２ＥＲ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ．：ＨｉｇｈｗａｙＲｅａｓｅａｒｃｈＢｏａｒｄ，ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｕｎｃｉｌ，１９６９．［２］ＶｉｓｗａｎａｄｈａｍＢＶＳ，Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｈｉｇｈｗａｙｓｌｏｐｅｓｉｎａｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ［－ｃ］／／ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ（Ｇｅｏ－Ｔｒａｎｓ２００４）．ＬｏｓＡｎｇｅｌｅｓ：ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｐｅｃｉａｌＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，２００４：６３７—６４６．［３］ＶｉｓｗａｎａｄｈａｍＢＶＳ，ＭａｈａｊａｎＲ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｏｎｇｅｏｔｅｘｉｔｌｅ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｌｏｐｅｓＥＪ］＋ＧｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓＩｎｔｅｒａｔｉｏｎａｌ，２００７，１４（６）：３６５．［４］顾培，高长胜，杨守华，等．加筋土挡墙离心模型试验研究ＥＪ］．水利水运工程学报，２０１０，２（３）：６７．ＧＵＰｅｉ，ＧＡ０Ｃｈａｎｇｓｈｅｎｇ，Ｈ心晒Ｓｈｏｕｈｎａ，ｅｔａ１．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅａｒｔｈｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ－ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，２（３）：６７．［５］ＳｏｎｎｅｎｂｅｒｇＲ，ＢｒａｎｓｂｙＭＦ，ＢｅｎｇｏｕｇｈＡＧ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｓｏｉｌｓｌｏｐｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌｐｌａｎｔｒｏｏｔｓ［Ｊ］．ＣａｎａｄｉａｎＧｅｏｔｅｃｌｍｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１２，４９（１）：１．［６］王旭，刘一通，刘伟．超高加筋土挡墙有限元方法计算分析［Ｊ］．四川建筑科学研究，２０１３，３９（２）：１８５．ＷＡＮＧＸｕ。ＬＩＵＹｉｔｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｉ．Ｓｔｕｄｙｏｆｇｅｏｇｒｉｄ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｂｙＦＥＭ［Ｊ］．ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，２０１３，３９（２）：１８５．［７］肖成志，刘贺，王荣霞，等．土工格栅加筋土柔性桥台结构性能万方数据的试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３，３５（４）：７６７．ＸＩＡＯＣｈｅｎｇｚｂｉ，ＬＩＵＨｅ，ｗＡＮＧＲｏｎｇｘｉａ，ｅｔａ１．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＧＲＳｂｒｉｄｇｅａｂｕｔｍｅｎｔｗｉｔｈｆｌｅｘｉｂｌｅｆａｃｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３５（４）：７６７．［８］王元战，李蔚，黄长虹．墙体绕基础转动情况下挡上墙主动土压力分布［Ｊ］．岩土工程学报，２００３，２５（２）：２０８．ＷＡＮＧＹｕａｎｚｈａｎ，ＬＩＷｅｉ，｝ｎＩＡＮＧＣｈａｎｇｈｏｎｇ．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｃｔｉｖｅｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｗｉｔｈｗａｌｌｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｒｏｔａｔｉｏｎａｂｏｕｔｂａｓｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，２５（２）：２０８．［９］王元战，李新国，陈楠楠．挡土墙主动上压力分布与侧压力系数口］．岩土力学，２００５，２６（７）：１０１９．ＷＡＮＧＹｕａｎｚｈａｎ，ＬＩＸｉｎｇｕｏ，ＣＨＥＮＮａｎｎａｎ．ＡｃｔｉｖｅｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎａｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌａｎｄｌａｔｅｒａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅＥＪ］．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００５，２６（７）：１０１９．［－１０］ＳｏｍｍｅｒｓＡＮ，ＶｉｓｗａｎａｄｈａｍＢＶＳ．Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｏｎｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｔｒｉｐｆｏｏｔｉｎｇｏｎｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｓｌｏｐｅｓ［－Ｊ］．ＧｅｏｔｅｘｆｉｌｅｓａｎｄＧｅｏｍｅｍｂｒａｎｅｓ，２００９，２７（６）：４９７．Ｉｎ］朱文婷，张波．加筋土与悬臂式挡墙组合的渠道渐变段结构设计［Ｊ］．人民长江，２０１２，４３（１７）：１５．ＺＨＵＷｅｉｔｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＢｏ．Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅａｒｔｈａｎｄｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｉｎｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎｏｆｃａｎａｌ［－Ｊ］．ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒ，２０１２，４３（１７）：１５．［１２］向科，罗风．土工离心模型实验中的加筋材料Ｉ－Ｊ］．地下空间与工程学报，２００７，３（５）：７８９．ＸＩＡＮＧＫｅ，ＬＵ０Ｆｅｎｇ．ＲｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｉｎｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｍｏｄｅｌｔｅｓｔＥＪ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３（５）：７８９．［１３３匡希龙，李振．土工离心模型试验中结构物替代技术探讨［刀．公路交通技术，２００８（１）：５．ＫＵＡＮＧＸｉｌｏｎｇ，ＬＩＺｈｅｎ．Ｄｉｓｓｉｏｎｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｃｃｅｎｔｒｉｃｍｏｄｅｌｔｅｓｔ［Ｊ］．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｉｇｈｗａｙａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔ，２００８（１）：５．
