高速铁路挡墙的变形行为与控制研究

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1、高速铁路挡墙的变形行为与控制研究第一章绪论1.1引言1963年法国工程师HenriVidal结合现场试验提出了加筋土的概念，并在不断的试验和理论分析中，将加筋土技术研究提升至理论高度，摆脱了过去单一凭借经验的局面。1965年他又主持修筑了世界上首座将加筋土技术和挡土墙建设综合应用的加筋土挡墙法国普拉尼尔斯加筋土挡土墙。这引起了各个国家工程界和学术界对加筋土结构的重视，并为推广加筋土技术在各领域的应用发展做出了巨大贡献。日本、美国等37个国家在随后的20年间，相继展开了加筋土结构的建设工作，使加筋土技术在20世纪70年代得

2、到迅速发展。1979年云南田坝矿区修建的加筋土挡墙储煤仓，是我国首次将加筋土技术成功应用于工程实践中。这座挡土墙外形美观，结构坚固，造价低廉，施工方便经济，因此得到了铁路、公路、水利，甚至于航空部门的重视，得到了大力推广。在此后的10年间，我国的加筋土工程呈现处了井喷式的发展势头，无论是在填料还是在筋材应用范围上都有了前所未有的突破。同时，加筋土结构在技术上不断进行创新，一方面自主研发了一系列针对加筋土的实验仪器，如拉拔仪、直剪仪，蠕变试验机等，另一方面通过开展大量的加筋土工程，为现场原位试验提供条件，二者相辅相成，为推

3、动我国加筋土技术的发展做出了巨大贡献。加筋土结构在铁路系统也得到了广泛的应用，而考虑到铁路运输的重要性与安全性，在实际应用中会更偏向于保守与慎重，这也局限了铁路挡土墙的整体发展。基于高强度土工格栅的生产和公路交通、水利等其它系统建设加筋土挡墙的经验，我国在梅坎、株六、赣龙、新长、青藏铁路和秦沈客运专线等有砟轨道铁路线路上分别修建了土工格栅加筋土挡墙。从铁路加筋土挡墙的运营使用情况来看，加筋土结构具有良好的抗震性和长期稳定性，满足铁路运输的要求，同时也具备施工简洁快速、节约占地、适应地基变形能力强等优点，非常适用于我国铁路

4、路基。1.2加筋土挡墙的加筋机理与分析方法加筋土结构较之素土结构来说性能优良，自稳性强，整体强度高。各国学者针对筋－土间的相对作用深入研究后得出了普遍结论，即将筋材与土体间的摩擦阻力归纳为摩擦加筋理论和似粘聚力理论[1]。摩擦加筋原理是将加筋土结构看作类似砼的锚固系统。一般来说土工格栅加筋都是以一定层间距均匀铺设在挡墙之中，尾端连接面板材料进行固定。墙面板在上部填土和外部载荷共同作用下会对筋材产生背离挡墙的拉力，而拉筋上部又存在填土作用力，两者此消彼长下，筋－土摩擦作用力会逐渐增大，直至完全发挥其作用阻碍筋材的拔出。根据

5、破坏理论，在挡土墙破坏时，以破裂面为界限，以内为安全稳定区，以外为活动不稳定区。安全区与活动区的土体作用相互对峙，拉筋便在抗拔与被拔间寻找平衡点，若抗拔力占上峰，则保证了其内部稳定的可靠性能。目前通过原型加筋土挡墙试验，已证实摩擦加筋理论的有效性，也得到了工程界的认可。然而此原理并未考虑拉筋在发挥拉力效应时的变形值和土体的离散性能，而结果显示此结论对柔性筋材估量不足，存在不小的计算误差。.第二章土工格栅加筋土挡墙的变形理论分析2.1土工格栅加筋土挡墙变形原因加筋挡土墙由于拉筋的强度，面板的刚度以及填料的区别，可将其水平变

6、形分为以下几种形式：(1)墙体向外倾斜，并且在墙顶的水平位移最大，其基本的形式如图所示，(2)墙体中间段向外鼓包。这种情况多见于预制的组合面板以及采用返包的的柔性面板，由于其不能够承受较大的弯矩，故形成如图2-1所示的变形状态。(3)墙体整体向外移动。这种情况多见于墙面板刚度较大，或者墙体填料整体性较好的挡土墙[48]。由于土工合成材料加筋土挡墙的水平变形是地基沉降、施工期变形、墙顶荷载、墙背侧向土压力、拉筋蠕变、设计施工方法、填土压实度、拉筋长度、拉筋刚度、拉筋布置方式、竖向间距、连接(筋，面)松弛、面板系统的综合反映

7、，所以对各项进行分析，可归纳出挡墙水平变形的主要影响因素。土工格栅作为柔性加筋材料应用于加筋土挡墙中，主要是通过其抗拉强度来承受土体转移的荷载以发挥其工程应用。因此，抗拉强度及其变形特征是土工格栅的重要特性指标。选取筋材类型，就要考虑加筋的抗拉强度、拉伸模量、延伸率和蠕变性能等。拉伸模量和延伸率都直接影响筋材的变形，进而影响挡墙的水平变形。在挡墙的使用期内，土工格栅受到长期荷载作用发生蠕变，格栅蠕变会影响挡墙的水平变形。格栅蠕变引起的水平变形增长规律近似为log(t)型。因此进行土工格栅蠕变试验，研究格栅蠕变特性是十分必

8、要的。根据研究发现，加筋类型与填料种类的组合，也会影响加筋与土体之间摩擦机制、剪胀机制的发挥，从而对挡墙的变形产生重要影响。、对加筋材料进行合理的布置可以将拉筋的拉力控制在允许范围内，从而限制加筋土挡墙的水平变形。因此，加筋的布置形式必须慎重考虑。加筋布置形式，包括加筋体的断面形式、加筋的竖向间距、筋材的长度(主要考