科研申报--加筋土结构理论研究及优化设计

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1、附表1中铁二局股份有限公司科技开发项目申请表项目名称加筋土结构理论研究及优化设计申报单位中铁二局集团勘察设计院有限责任公司项目负责人周应华起止年限2013年4月~2014年12月2013年3月21日20一、国内外研究及应用现状1.研究现状加筋土（Reinforcedearth）是在土中加入加筋材料（或筋带的一种复合土）。在土中加入加筋材料可以提高土体的抗剪强度，增加土体工程的稳定性。在我国，加筋土的应用实际上已有悠久的历史，如水工建筑中用树木枝条加固地基，道路工程中加入枝条的黄土“土桥”，民用房屋建筑中用掺入草筋、发

2、丝或竹片的土夯筑土墙等，可惜未进行总结向更深一步发展；在国外，也有类似记载。然而作为近代建筑技术加以研究和推广，则是近二十年来的事情。20世纪60年代初期，法国人亨利.威达尔（Henri.Vidal)在实验中发现，当土中掺有纤维材料时，其强度可明显提高到原有强度的的几倍，继而提出了加筋土设计理论。1965年在法国普拉聂尔斯（Prageres）首次用他的设计理论成功的修建了一座公路加筋土挡墙，于是这一具有许多独特优势的加筋土结构立即引起了法、英、美、前苏联和日本等世界各国的重视，研究并运用于实际工程中，加筋土技术的应用

3、也从最初的用作挡土墙而扩展利用于桥台、护岸、堤坝、沉淀池、半地下仓斜墙、建筑物基础、核电站反应堆等复杂工作条件下的结构中。近年来加筋土技术广泛应用于土木工程，其优越性愈来愈明显，归纳起来有如下特点：（1）施工简便。加筋土的组成构件（面板、拉筋、路缘石、栏杆、条形基础等）均可以预先制作，除需压实机械外，施工时一般不配合其他机械，易于掌握。同时可缩短工期和节省劳力。（2）加筋土结构是柔性结构，能适应地基较大的变形。（3）投资省。加筋土挡墙面板薄，基础尺寸小，与重力式挡墙相比，可节省圬工数量95%~97%，造价可比石砌重力

4、式挡墙和钢筋混凝土挡墙减少20%~60%以上。挡墙高度越大，节省资金越多。（4）加筋土最大的特点是可以做成很高的垂直填土墙。从而可以减少占地面积，这对填土放坡困难地段，城市郊区的道路以及土地珍贵的地区，有着巨大的经济意义。（5）抗震性能好。加筋土结构所独有的弱性能吸收地震的能量，故具有刚性结构物无法与之比拟的耐抗震性能。（6）造型美观，景观观赏性强。墙面板形式多样化，可根据客户需要、受力特点选用，并使之拼装成造型美观的建筑物，改善道路及市政的景观。20迄今为止，此种加筋土结构工程（加筋土挡墙、加筋土陡坡）在国内外已广

5、泛被采用。加筋土结构工程是一种轻型支挡建筑物，主要由面板、拉筋、填料、基础组成，依靠填料、拉筋、面板之间相互间的摩擦效应及相互协调变形的特性来维持此种结构工程的内外部稳定，其主要特点是厚度小，自重轻，挡土高度较高，而且经济指标也比较好，适用于软弱地基、地基承载力较低的填方和陡坡地段。近几年，国内在铁路、公路、市政等建设工程中也已经大量采用加筋土结构工程（加筋土挡墙、加筋土坡）。1997年重庆市建委为了推广这种支挡结构，专门编制了《加筋土挡墙工程》标准设计图，加速了该结构在国内有关工程的推广应用，通过工程实践证明，该结

6、构具有较好的社会经济效益。国内目前对于加筋土结构工程的研究及应用主要集中在四个方面：（1）加筋土结构工程的土压力研究；（2）加筋土结构工程破坏模式研究；(3)加筋土结构型式的发展应用；（4）加筋土结构工程的CAD的二次开发。加筋土结构工程属加筋土技术的一个很重要的应用领域，从目前研究现状和工程应用的角度来看，可以认为加筋土作为一种复合材料，对其机理和结构设计的研究让不够成熟，表现出工程实践超前于理论的特点，需要对其做进一步的研究，下面来逐一论述：加筋土结构工程土压力研究：目前工程中常用的朗肯（Rangkin，1857

7、）和库伦（Coulomb，1773）理论都是在不同的假设条件下应用不同的分析方法得到的。故仅在一定条件下近似适用。张师德在包裹式挡墙的离心模型试验中发现包裹面内的实测土压力值大于主动土压力，土压力最大值位于墙高中部；当墙顶有均布超载时，侧压力系数接近1。如墙顶无超载，侧墙面土压力分布为上大下小，沿墙高近似线性分布或抛物线分布。刘晓辉通过对复合式高挡墙应用常规计算法和有限元法的对比分析得出：两种计算方法求出的竖向土压力大小沿墙高呈线性分布，常规计算法所求得的竖向土压力完全由土体自重产生，由于两种方法的整体分布规律基本一

8、致，故可说明有限元法对于该复合加筋土高挡墙的竖向土压力计算也反映出其应有的规律。此外从二者的分布曲线图中可以看出使用常规计算法求解的值比有限元法大，说明常规计算法相对保守。杨广庆在综合考虑了拉筋垂直层间距与拉筋的抗拉强度的影响,利用微元法提出了加筋土挡墙墙背土压力计算模型,进而得到墙背的土压力强度和合力的理论公式。研究结果表明:文中提出的加筋土