多级挡土墙应用与研究现状综述

王改艳;张春娜;袁婷

【摘 要】挡土墙作为一种重要的支护结构，能够有效地控制结构物的失稳与破坏。本文通过分析与总结，介绍了多级挡土墙的含义与种类，分析了国内外挡土墙土压力理论的发展历程及其研究成果，论述了挡土墙土压力最基本的计算方法，并对挡土墙稳定性的发展方向作出结论。%As an important supporting structure, retaining wall can effectively control the instability and destruction of the structure. According to analyzing and summarizing, introduces the definition and species of Retaining wall, analyzes the devel-opment of theory of earth pressure on retaining wall and the re-search, discusses the basic calculation method of earth pressure of retaining wall. And make a conclusion on the developmentdi-rection of the stability of retaining wall.

【期刊名称】《四川建材》

【年(卷),期】2016(042)006

【总页数】2页(P75-76)

【关键词】挡土墙;支护结构;土压力;稳定性

【作 者】王改艳;张春娜;袁婷

【作者单位】长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710061;长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710061;长安大学建筑工程学院，陕西 西安 710061

【正文语种】中 文

【中图分类】TU476.4

挡土墙是指支撑路基填土或山坡土体，防止其变形失稳，并且用以保持土体稳定的一种结构物。作为一种用以防止土体坍塌的重要结构物形式，挡土墙被广泛应用于道路工程中。

挡土墙的种类繁多[1]，按结构可分为:重力式挡土墙、衡重式挡土墙、加筋土挡土墙、扶壁式挡土墙、土钉式挡土墙、悬臂式挡土墙等。根据其刚度及位移方式不同，可分为：刚性挡土墙、柔性挡土墙、临时支撑。

挡土墙是道路工程经济建设发展的主体之一，目前随着西北经济的发展[2]，越来越多的公路工程处于开发当中。由于西北高山地区地形条件的，为了保证建设的安全，多级挡土墙的应用越来越多，高填方路堤就是在这种情况下产生的。此外，重力式挡土墙是公路边坡防护技术中的一种，具有形式简单、施工方便、可就地取材的优势。对于解决水土流失、地基湿陷、水库边坡、路堑及黄土源边滑坡及崩塌等灾害性地质活动等有重要的意义。在现阶段开展多级重力式挡土墙稳定性研究十分必要，其研究结果也为进一步实施其他研究提供依据。因此，多级重力式挡土墙(见图1)的研究势在必行。

挡土墙土压力计算理论，长期以来就是一个重要的课题。土压力计算是个复杂而基本的问题，对此，不仅国内学者从计算理论和现场实验等方面进行了研究，国外的许多学者也在此基础上通过数值模拟分析对土压力进行了更深入地研究。

目前国内外对于挡土墙的研究相对比较成熟，主要是通过挡土墙土压力、沉降、稳定性等方面来进行研究。但是对于多级挡土墙的研究内容较少，对于多级重力式挡土墙研究更少。

1.1 国内外对挡土墙土压力的研究

挡土墙技术很早就大规模应用于工程中，美国的发展带动了挡土墙技术的发展，其后美国、日本等国家相继编制了较为完善的准则和施工规范。自1943年开始，美国的土力学家太沙基[3]把土拱效应定义为局部土体转移，其余部分土体保持不动，相对运动的现象，并通过活动门实验验证了土拱效应的存在；顾慰慈[4]在论文《论挡土墙上非线性分布土压力》中运用水平层分析法，得出了土压力强度计算公式，并且表明土压力是按照曲线形分布的；Chang[5]通过试验假设某点的填土摩擦角与填土内摩擦角以及该点的土体位移之间的关系是线性的，通过对主动土压力理论修改得出简便的计算土压力方法，从而进一步确立是否成立线性关系；徐日庆[6-9]通过在原来理论的基础上对假设得出结论，但是这些结论都是在单级挡土墙的基础上成立的。

1.2 国内外对挡土墙土压力试验的研究

太沙基的研究激励了更多学者通过试验对土压力进行研究。1988年，顾慰慈[4]通过

试验对挡土墙墙背填土进行研究，得出滑裂体形状大致呈指数曲线分布；徐日庆，陈页开等[10]通过自制试验模拟箱得出墙后土压力呈非线性分布，无论挡墙是否挤向或者背离土体。同时，随着墙体位移的变化，主动土压力系数与被动土压力系数都随着变化，当位移达到一定值时，土压力也不再随之变化；Sovinc[11]对土体进行研究，当土体蠕变时，随着墙体位移的变化，土压力逐渐降低，蠕变位移与时间呈对数关系，当土体松弛时，主动土压力将随墙后土体位移逐渐增大，直至静止土压力，被动土压力随着抗剪强度逐渐减小，直至静止土压力。

2.1 朗肯土压力计算理论

朗肯土压力理论[12-14]是指为了满足极限平衡条件，朗肯在其基本理论推导下作了如下假定：①墙体为竖直的、刚性的；②墙后表面填土光滑，均质各向同性的无黏性土；③填土表面光滑，墙背与填土之间没有摩擦力。因此，墙背后土体中的应力状态可认为处于半无限体状态，依据极限平衡理论进行分析。

在极限平衡状态下，根据土的强度理论，大主应力和小主应力之间应满足以下关系式：

黏性土：

无黏性土：

主动极限平衡状态下无黏性土的主动土压力为：

式中，Ka为主动土压力系数，；c为填土的粘聚力(kPa)。

若取单位墙长计算，则主动土压力为：γh2Ka

作用点位置：H

2.2 库仑土压力计算理论

1776年法国学者库仑[12-14]依据挡土墙墙后滑动土楔体的静力平衡条件，提出计算土压力的理论。其基本假设为：①墙后填土是理想的散粒体(粘聚力c=0);②滑动破裂面为通过墙踵的平面。

无黏性土重力挡土墙墙背上的主动土压力：

式中 α-墙背与竖直线的夹角，(°)，俯斜时为正号、仰斜时为负号；

β-墙后填土面的倾角，(°)；

δ-土与墙背材料间的外摩擦角，(°)；

γ-填土容重；

Ka-库仑主动土压力系数。

墙顶以下深度为z处的主动土压力强度为：

距离墙踵点的总主动土压力的作用点的高度为：

从近几年铁路、公路、房屋建筑、水利水电及桥梁等工程建设中不难得出，近几年路基支挡方式越来越趋向于多级挡土墙，尤其是重力式挡土墙。通过对挡土墙土压力的研究，计算不同状况下的土压力，可以进行多级重力式挡土墙的设计与研究，对于解决水土流失、地基湿陷、水库边坡、路堑及黄土源边滑坡及崩塌等灾害性地质活动等有重要的意义。

【相关文献】

[1] 范瑛.多级挡土墙土压力传递效应与沉降规律研究[D].武汉:武汉理工大学，2013.

[2] 徐金华.高填方路堤多级挡土墙稳定性研究[D].武汉:湖北工业大学，2009.

[3] TerZaghi K.Theoretical soil mechanics[M].New York:Wiley.1943.

[4] 顾慰慈.挡土墙土压力计算手册[M].北京:中国建材工业出版社，2005.

[5] Chang M F.Lateral earth pressure behind rotating walls[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34(2):498-509.

[6] 徐日庆.考虑位移和时间的土压力计算方法[J].浙江大学学报:工学版,2000,45(4):22-27.

[7] 徐日庆.刚性挡土墙被动土压力模型试验研究[J].岩土工程学报，2002,24(5):26-

32.

[8] 李昕睿，徐日庆.考虑位移效应刚性挡土墙被动土压力计算方法研究[D].杭州：浙江大学，2010.

[9] 龚慈，徐日庆.不同位移模式下刚性挡土墙土压力计算方法研究[D].杭州：浙江大学，2005.

[10] 陈页开.挡土墙上土压力的试验研究与数值分析[D].杭州：浙江大学，2001.

[11] Sovinc,I.Relaxation and creep effects in flexible retaining structures Proceedings[A] fifth European conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering[C],1972,11:208-213.

[12] 张 平，田红花，李日运.挡土墙被动土压力计算方法的探讨[J].沈阳大学学报，2006，18(2):-57.

[13] 王元战，黄长鸿.关于挡土墙主动土压力计算问题[J].港工技术，2003,40(2):22-27.

[14] 赵永富，于洪丽，任雪松.挡土墙与土压力计算理论[J].黑龙江水利科技，2008,36(2):93.