土工格室柔性挡墙破坏机理及土压力理论研究

土工格室柔性挡墙作为一种新型支挡结构，在公路边坡防护中具有广阔的应用前景。柔性挡墙在土压力的作用下会发生挠曲变形，墙背土压力的大小和分布与挡墙的变形形态和位移量大小密切相关，其作用机理及破坏模式与刚性挡墙有很大差异。目前土工格室柔性挡墙已有工程应用，但仍无成熟的土压力评价方法与挡墙设计理论，制约了该种新型支挡构造物优势的发挥，因此研究其破坏机理及土压力理论具有重要意义。本课题以土工格室柔性挡墙为研究对象，拟通过材料试验研究填土的强度发挥与侧向应变约束条件之间的关系；通过离心模型试验和弹塑性有限元分析手段研究柔性挡墙在不同工况下的变形规律，填土位移场，滑裂面形态和土压力分布规律；在揭示土压力形成的物理机制和柔性挡墙破坏机理的基础上建立柔性挡墙土压力计算理论和设计方法；结合实际工程实测结果对所提方法进行验证，为工程设计提供理论基础。本研究项目不仅具有较高的学术价值，而且具有重要的工程实用意义。

土工格室挡墙作为一种新型支挡结构，具有结构轻、施工简便、造价低廉、生态环保和美化景观等优势，在公路边坡防护中具有广阔应用前景。柔性挡墙在土压力的作用下会发生挠曲变形，墙背土压力与挡墙变形形态密切相关，其作用机理及破坏模式与刚性挡墙有很大差异。本课题采用离心模型试验、数值模拟以及现场工程试验相结合的手段研究了土工格室挡墙在不同工况下的变形规律，滑裂面形态和土压力分布规律，取得主要研究成果如下：.（1）进行了不同高宽比、不同坡度、填土面作用荷载等八种不同工况下的离心模型试验，研究了不同工况下土工格室挡墙的破坏机理，并与经典土压力理论计算得到的滑楔体进行了对比，揭示了其差异。研究结果表明，滑动面为一通过墙趾并贯穿墙身的弧形曲面，郎肯和库仑理论均不能准确预测土工格室挡墙及墙后填土的滑动面，如将经典理论预测的滑动面移动墙址的位置，则实测土工格室挡墙滑楔体比理论预测滑楔体大，与郎肯理论相比，库仑理论预测结果更接近于实测值；高宽比和坡率对于土工格室挡墙的破坏模式具有重要影响，随着高宽比的增大，滑动面顶端与墙顶的水平距离逐渐增大，滑动面贯穿墙身的位置逐渐降低；随着坡度变缓至缓于69.19°时，挡墙的破坏模式逐渐表现为墙体自身的顺坡下滑，与边坡的坡度无关；而刚性挡墙的滑动面与高宽比无关，与坡度有很大关系。在此基础上给出了滑动面的数学表达式。.（2）采用数值模拟手段计算分析研究了高宽比、坡度和填土面荷载对于挡墙水平位移、滑动面和安全系数的影响。研究结果表明，当高宽比较大时，墙背变形表现为外凸的抛物线形，最大水平位移量出现距离墙底约三分之一墙高处，随着高宽比的减小，墙背变形形状成为在挡墙的中下部发生转折的折线形；随着坡度的变小，挡墙顶部的水平位移量迅速减小；随着均布荷载与墙面距离的增加，墙后滑楔体逐渐增大，但当增大到一定程度后，滑楔体反而会减小，最终保持与无荷载的情况相同；当均布荷载距离墙面超过13%墙高时，荷载对于土工格室挡墙力学性能影响较小；墙背水平位移随着荷载长度的增加而增加达到一定值，但荷载长度对于滑楔体的影响较小；安全系数随着荷载长度的增加而减小，但是随着荷载与墙面距离的增大，其影响逐渐减小。.（3）基于上述研究成果采用水平层分析法的建立柔性挡墙土压力计算理论和设计方法。进行现场工程试验，实测墙背土压力分布和墙背变形，验证了理论分析结果的正确性，为工程实际提供理论依据。