孔隙水對(duì)河道堤防加筋擋墻的靜力學(xué)試驗(yàn)分析

周永昌

(沈陽(yáng)市遼中區(qū)水利建筑工程公司，沈陽(yáng) 110200)

0 前 言

河提加筋擋墻是當(dāng)前河道整合治理的重要工程形式，在許多地區(qū)的河道治理工程中得到較為普遍的應(yīng)用[1]。河提擋墻穩(wěn)定性受水壓力靜力影響較大，因此在加筋擋墻設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其水壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，需要對(duì)河道加筋擋墻進(jìn)行靜力學(xué)的試驗(yàn)分析[2]。當(dāng)前，對(duì)于河道加筋擋墻靜力學(xué)分析主要通過試驗(yàn)分析，通過現(xiàn)場(chǎng)充水試驗(yàn)方式對(duì)其水壓靜力的分布特征進(jìn)行探討[3-5]。但傳統(tǒng)充水試驗(yàn)方式均未能考慮孔隙水河道加筋擋墻穩(wěn)定性的影響，存在一定的局限。多個(gè)研究成果表明[6-13]，孔隙水對(duì)河道加筋擋墻的穩(wěn)定性破壞程度不可忽略，在進(jìn)行河道加筋擋墻穩(wěn)定性分析時(shí)，需要重點(diǎn)考慮孔隙水對(duì)其穩(wěn)定性的影響。為此文章采用試驗(yàn)分析的方式分析孔隙水對(duì)河堤加筋擋墻的靜力學(xué)分布特征，研究成果對(duì)于河道堤防加筋擋墻的綜合影響設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

2 試驗(yàn)原理

孔隙水對(duì)生態(tài)加筋擋墻靜力影響主要采用土壓力系數(shù)來計(jì)算：

(1)

式中：Ka為土壓力試驗(yàn)系數(shù)；θ為水平方向夾角，°；φ為內(nèi)摩擦角，°。

加筋擋墻第i層?xùn)鸥裨?m以下垂向距離土層壓力系數(shù)計(jì)算方程為：

(2)

加筋擋墻第i層?xùn)鸥裨?m以上垂向距離土層壓力系數(shù)計(jì)算方程為：

(3)

加筋擋墻面板的土層靜力的水平和垂向壓力計(jì)算方程分別為：

σzi=Kiγzi

(4)

(5)

式中：q為柵格單位加載荷載，kPa；Lc為加筋擋墻加載寬度，m；Lci為擴(kuò)散性荷載在垂向距離Zi強(qiáng)度，kPa。

加筋擋墻水平方向總壓力計(jì)算方程為：

∑σEi=σzi+σai

(6)

式中：σEi為總壓力水平方向值，kPa；各柵格在垂向距離Zi的拉力水平方向計(jì)算方程為：

Ti=∑σEi×Sy

(7)

式中：Ti為中壓力值，kPa。加筋擋墻垂向距離上的抗拔強(qiáng)度計(jì)算方程為：

(8)

式中：Tpi為抗拔強(qiáng)度垂向距離值，kPa；f′為摩擦系數(shù)；bi為柵格寬度。m；Lai為錨固長(zhǎng)度，m。加筋擋墻的靜力穩(wěn)定性驗(yàn)證方程為：

Tpi>γoγR1γQ1Ti

(9)

式中：γ0為穩(wěn)定性系數(shù)；γR1為強(qiáng)度調(diào)節(jié)系數(shù)；γQ1為壓力強(qiáng)度系數(shù)?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)方程為：

TK>γ0γR1γfγR2Ti

(10)

式中：γR2為抗拉系數(shù)；γf為調(diào)節(jié)柵格抗拉系數(shù)。

3 模型應(yīng)用

3.1 物理試驗(yàn)說明

加筋擋墻的靜力學(xué)特性主要結(jié)合穩(wěn)定性和充水破壞試驗(yàn)兩種方式進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)分析，堤防不同縱向深度的穩(wěn)定性系數(shù)采樣充水破壞方式進(jìn)行試驗(yàn)分析，孔隙水的靜水壓力對(duì)不同充水方式的破壞程度進(jìn)行抗壓試驗(yàn)分析，并結(jié)合透水試驗(yàn)方分析不同規(guī)格鋼筋的透水度。

3.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合靜力學(xué)模型對(duì)不同縱向深度下加筋擋墻靜水壓力進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，加筋擋墻不同縱向深度下穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，見表1。

表1 加筋擋墻不同縱向深度下穩(wěn)定系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

加筋擋墻穩(wěn)定系數(shù)隨著縱向深度的遞增在0.32-0.60之間穩(wěn)定變化，穩(wěn)定系數(shù)在縱向深度為1.22m時(shí)變化較為穩(wěn)定，面板靜水壓力也逐步趨于穩(wěn)定?？紫端畬?duì)加筋擋墻的水壓力隨著縱向深度增加而逐步遞減，穩(wěn)定性系數(shù)逐步增加，并區(qū)域穩(wěn)定，穩(wěn)定性在縱向深度為1.25m時(shí)處于最優(yōu)狀況。

3.3 加筋擋墻破壞度試驗(yàn)結(jié)果

采用不同充水方式對(duì)孔隙水影響下的河道加筋擋墻破壞程度進(jìn)行試驗(yàn)分析，不同充水試驗(yàn)方式下的加筋擋墻破壞試驗(yàn)結(jié)果，見表2。

表2 不同充水試驗(yàn)方式下的加筋擋墻破壞試驗(yàn)結(jié)果

河道堤防在同一壓力條件下破壞程度逐步遞減，充水方式對(duì)河道堤防加筋擋墻的穩(wěn)定性影響程度較大，非充水方式下的道堤防加筋擋墻的穩(wěn)定性影響程度較低，擋墻破壞度峰值在充水方式下介于160MPa以下變化，而在非充水方式下破壞峰值變化變化顯著性較大。

3.4 加筋擋墻的透水試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)不同鋼筋規(guī)格下加筋擋墻透水率進(jìn)行試驗(yàn)，加筋擋墻透水度試驗(yàn)結(jié)果，見表3。

表3 加筋擋墻透水度試驗(yàn)結(jié)果

透水率隨著鋼筋規(guī)格變化而發(fā)生顯著變化，透水率隨著孔隙水壓力水頭的遞增而逐步加大，不同方向靜水壓力均呈現(xiàn)顯著遞增變化，各鋼筋規(guī)格下透水度也隨著孔隙水壓力水頭的變化而逐步加大。同一孔隙水水頭隨著鋼筋直徑的遞增透水度也逐步增加。

3.5 加筋擋墻破壞強(qiáng)度峰值試驗(yàn)結(jié)果

有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗(yàn)結(jié)果，見表4；有效破壞度峰值在充水方式下的試驗(yàn)結(jié)果，見表5。

表4 有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表4 有效破壞度峰值在非充水方式下的試驗(yàn)結(jié)果

表5 有效破壞度峰值在充水方式下的試驗(yàn)結(jié)果

加筋擋墻在不同充水方式下破壞度有效峰值變化差異度較大，加筋擋墻孔隙水壓力在非充水方式下有效破壞度峰隨著水壓力的遞增而增加，加筋擋墻孔隙水壓力在充水方式下破壞度有效峰值隨著水壓力的遞增的變幅高于非充水方式下的破壞度有效峰值的變化幅度。

4 結(jié) 論

1)孔隙水對(duì)加筋擋墻的水壓力隨著縱向深度增加而逐步遞減，穩(wěn)定性系數(shù)逐步增加，并區(qū)域穩(wěn)定，穩(wěn)定性在縱向深度為設(shè)計(jì)深度時(shí)處于最優(yōu)狀況。

2)河道堤防在同一壓力條件下破壞程度逐步遞減，充水方式對(duì)河道堤防加筋擋墻的穩(wěn)定性影響程度較大，非充水方式下的道堤防加筋擋墻的穩(wěn)定性影響程度較低。

3)透水率隨著鋼筋規(guī)格變化而發(fā)生顯著變化，透水率隨著孔隙水壓力水頭的遞增而逐步加大，不同方向靜水壓力均呈現(xiàn)顯著遞增變化。

4)加筋擋墻在不同充水方式下破壞度有效峰值變化差異度較大，加筋擋墻孔隙水壓力在非充水方式下 有效破壞度峰隨著水壓力的遞增而增加。