一种基于砂箱模型实验确定加筋土挡墙布筋方式的方法

摘要

一种基于砂箱模型实验确定加筋土挡墙布筋方式的方法，通过建立简单界面模型的砂箱模型，以朗肯土压力理论以及加筋土挡墙作用机理，算出墙面板初始布筋参数，并以此制成带拉筋的墙面板；再进行土压力模型加载实验，并逐步减少拉筋布置层数，重新计算布筋参数，重复进行土压力模型加载实验，得出优化的拉筋层数，各层的横向间距，各层的竖向位置；再逐步减少拉筋的长度，重复进行土压力加载实验，得出优化的拉筋长度。它将理论计算方法和土压力模型实验有效结合，更简单、快捷、可靠地得出加筋土挡墙的最优拉筋布置方式，既能使加筋土挡墙稳定、有效发挥支护作用，又使加筋总层数最少，拉筋长度最短，筋材用量少，结构经济。

主权项

一种基于砂箱模型实验确定加筋土挡墙布筋方式的方法，其具体做法是：A、布筋方式的试设A1、给定墙面板上布置的拉筋总层数n，n≥3；A2、根据下式(1)确定第i层拉筋的竖向位置h_i，即第i层拉筋的表面距墙面板顶部的距离h_i；$h_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{4}\sqrt{\frac{2}{n}}H& i=1\\ \frac{\sqrt{(2n-1)i-n}+\sqrt{(2n-1)(i-1)-n}}{\sqrt{8n(n-1)}}H& 2\le i\le n\end{array}\right.---\left(1\right)$式中，H—墙面板高度，1≤i≤n；A3、根据下式(2)确定各层拉筋的横向布置间距S_x；$S_x=\frac{\sqrt{3n-2}-\sqrt{n-1}}{\sqrt{2n(n-1)}}H---\left(2\right)$A4、确定第i层拉筋的长度L_0i根据步骤A2得到的第i层拉筋竖向位置h_i，按下式(3)确定第i层拉筋的长度L_0i；$L_{oi}=\left\{\begin{array}{cc}0.3H+\frac{{\lambda }_a{S}_x{S}_{yi}}{2wf}& 0<h_i\le \frac{H}{2}\\ 0.6(H-h_i)+\frac{{\lambda }_a{S}_x{S}_{yi}}{2wf}& \frac{H}{2}<h_i<H\end{array}\right.---\left(3\right)$式中，w—单根拉筋宽度，取2mm；f—拉筋与模型填料间摩擦系数，由试验确定；λ_a—主动土压力系数，λ_a＝tan²(45°‑φ₀/2)；φ₀—模型填料综合内摩擦角，由试验确定；S_yi—第i层拉筋竖向影响范围，由下式(4)确定；$S_{yi}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}\sqrt{\frac{2}{n}}H& i=1\\ \frac{\sqrt{(2n-1)i-n}-\sqrt{(2n-1)(i-1)-n}}{\sqrt{2n(n-1)}}H& 2\le i\le n\end{array}\right.---\left(4\right)$B、模型制作与填筑B1、布筋墙面板模型制作：由150g/m²双胶纸制成与可拆卸面板的砂箱匹配的墙面板，其高度为H，且其两侧和底部有向砂箱内部折叠90°的超出部分，将宽度w为2mm、长度为A4步确定的第i层拉筋长度L_0i的100g/m²无纹牛皮纸作为第i层拉筋，并按A2、A3步分别确定的拉筋竖向位置h_i、横向布置间距S_x将每层拉筋布置固接在墙面板的内表面上；B2、模型填筑：将墙面板置入砂箱使其外表面紧贴砂箱的可拆卸面板内表面；再将颗粒粒径在0.075～2mm的干砂作为填料，往砂箱内由底至上逐层填入模型填料，第i层填料经整平压密后，填料表面距墙面板顶部的距离为h_i，然后在填料表面铺平拉筋，再填入填料至第i‑1层，直至填料总厚度达到墙面板的高度H；C、土压力加载：缓慢拆去砂箱的可拆卸面板，由墙面板及其拉筋承受填料的荷载；D、土压力加载后，如墙面板处于稳定状态，则减少布筋总层数n，否则，增加布筋总层数n；重复步骤A、B、C的操作；直至n＝n'‑1时，墙面板处于不稳定状态；而n＝n'时，墙面板处于稳定状态，即确定出墙面板的优化布筋层数为n'；当墙面板的布筋层数n为墙面板的优化布筋层数n'时，即令n＝n'：由步骤A2确定出的拉筋的竖向位置h_i，即为拉筋的优化竖向位置h′_i，由步骤A3确定出的各层拉筋横向布置间距S_x，即为各层拉筋横向优化布置间距S′_x，由步骤A4确定出的第i层拉筋长度L_0i，即为第i层的次优化拉筋长度L_i；E、确定第i层优化拉筋长度L′_i：E1、将第i层的次优化拉筋长度L_i减少5％作为第i层的拉筋长度L_0i，即L_0i＝L_i‑L_i×5％；E2、由150g/m²双胶纸制成与可拆卸面板的砂箱匹配的墙面板，其高度为H，且其两侧和底部有向砂箱内部折叠90°的超出部分，将宽度w为2mm、长度为第i层拉筋长度L_0i的100g/m²无纹牛皮纸作为第i层拉筋，并以步骤D确定出的拉筋的优化竖向位置h′_i和各层拉筋横向优化布置间距S′_x，分别作为拉筋的竖向位置h_i和拉筋横向布置间距S_x将每层拉筋布置固接在墙面板的内表面上；E3、进行步骤B2、步骤C的操作；E4、如墙面板处于稳定状态，再次将第i层拉筋长度L_0i减少第i层次优化拉筋长度L_i的5％后重新作为第i层的拉筋长度L_0i；重复步骤E2、E3的操作，直至墙面板处于不稳定状态；此时的第i层拉筋长度L_0i与第i层的次优化拉筋长度L_i的5％之和，确定为优化的第i层拉筋长度L′_i，即L′_i＝L_0i+L_i×5％。