论文部分内容阅读
摘要：目前，边坡稳定性是一个炙手可热的社会问题。在边坡的常用形式之中，外扶壁这一类型的挡土墙较为主要，但在当前使用理正岩土进行计算过程中，所使用的计算模块仅应用于内扶壁式挡土墙，由于外扶壁式挡土墙不能够直接通过计算模块进行计算，因此，对其计算大多采用内扶壁式挡土墙的计算结果来取而代之，这种代替式的计算结果显然有失科学性和严谨性。本次研究主要利用有限元对外扶壁与内扶壁式挡土墙进行模拟，并对外扶壁与内扶壁式挡土墙之间的受力情况进行比较和分析，从而为相关设计人员在外扶壁挡土墙的设计方面提供相应的依据。
关键词：外扶壁式挡土墙；内扶壁式挡土墙；受力分析
在边坡加固的过程中，扶壁式挡土墙是一种较为常用的形式，扶壁式挡土墙主要有两种形式，其一为外扶壁式挡土墙，其二为内扶壁式挡土墙，当时从当前使用的理正岩土软件进行计算的方面来看，其使用的计算模块主要是对内扶壁式挡土墙进行计算。而针对外扶壁式挡土墙进行计算的过程中，却未能够通过适当的方法对其进行计算，所以在对外扶壁挡土墙进行计算时所得出的结果主要是通过计算内扶壁式挡土墙而得来的，然而，由于外扶壁式挡土墙与内扶壁式挡土墙之间存在着受力差别，这便会导致外扶壁式挡土墙缺乏合理的设计，从而使边坡在稳定性方面受到极大的影响，因此，需要对外扶壁式挡土墙与内扶壁式挡土墙之间形成的受力进行分析和研究是当前需要做到的，本文以某工程为例，对外扶壁与内扶壁式挡土墙的受力进行分析。
1、工程概况
1.1工程简介
该工程位于某市的一个中学之内，需要加固的边坡长度大概在150m左右，工程的边坡高度为5.5m，其顶部位置设有图书馆，图书馆共3层。通过对现场地质进行实际考察，并结合当前工程的施工条件，准备采用的边坡加固方式为外扶壁式挡土墙。相对于内扶壁式挡土墙而言，外扶壁式挡土墙既存在一定的优点，又存在明显的缺点。其优点在于：外扶壁式挡土墙能够使挖方得以尽量减少，同时还能够使土体形成的扰动得以降低，并且外扶壁式挡土墙在施工进程方面比较快，从而能够使施工的工期尽量缩短。但其也有一定的缺点，其缺点在于：外扶壁式挡土墙的扶壁一般都会外露，从而使外观受到影响，并且其所占的面积会比较大，因此，外扶壁式挡土墙通常会使自身的使用面积减少。
1.2工程地质概况以及水文概况
通过实地勘察以及相关施工部门披露，施工场地依照地质的成因从上至下可做如下分层：①杂填土层。此土层全部进行钻孔可以观察到，土质颜色呈灰褐色以及灰黄色，土质比较松散，构成成分为细砂和粉质黏土，其中夹杂着些许中砂，此土层厚度在1～3m之间，平均厚度为1.5m；②冲积层。该层的土质颜色呈灰黄色，并且具有可塑性，该层主要的成分是粉质黏粒，其黏性较为良好，其中含有些许砂质，该层的厚度在1.5～3m之间，平均厚度为2m；③残积土层.该土层的颜色为灰褐色，具有可塑性，其土质成分为粉砂岩（泥质）以及风化的残积土，此层土质的黏性比较好，若遇到水，则会出现软化，该土层的厚度为0.5～1.5m之间，平均厚度为1m；④沉积岩。场地的基岩主要是沉积岩，其岩性主要是以粉砂岩（泥质）为主，并且都胶结在一起，其构造主要呈层状，岩石质地较软，在对其进行勘探的可探范围之内，其风化岩带主要分为全风化岩带、强风化岩带以及中风化岩带。首先，全风化岩带的颜色为褐红色，岩石受到风化的程度比较严重，多数矿岩已风化为土质，并且能够看到矿岩的残余，其岩芯呈柱状并且较为坚硬，岩块通过用手进行捏撵容易碎，若遇水则会出现软化，其岩层厚度为2～3.5m之间，平均厚度为2.7m。其次，强风化岩带的颜色为褐红色，大多数矿物一出现明显的风化迹象，这种迹象非常强烈，其岩芯主要呈现出半土半岩状，局部还会出现碎块状，岩块用手可以直接压碎或折断，其岩层厚度为2～5m，平均厚度为3.5m。再次，中风化岩带的颜色为褐红色，铁质、泥质以及钙质相互胶结，其结构为中厚层构造，多发育在裂隙，岩芯大部分为碎块状，少部分存在短柱状，岩质比较软，岩层的厚度为0.5～4m，平均厚度为2.5m。在施工现场，残积土层、粉质黏土层以及全风化岩带多为不透水层，或者是低透水层，可以将其看作为相对隔水层，而强风化岩带、杂填土层以及中风化岩带才可作为相对含水层，其富含地下水，而地下水主要由地表水和大气降水进行补给，其排泄的方式为蒸发。
2、有限元模拟分析
此次进行的有限元模拟分析中，模拟地层主要是对外扶壁式挡土墙所处的加固段中的不利地层进行现场勘察，并通过勘察获取相关资料，其地层从上到下依次为杂填土层、粉质可塑黏土层、粉质可硬塑黏土层、全风化岩带、强风化岩带、中风化岩带。
以此项目所支护的挡土墙地层信息以及剖面图作为依据，对模型坡顶边界以及坡底各4倍的边坡高度进行选择，并将其作为边界来进行分析，最终对其模型大小进行确定。对模型边界进行计算的条件可以设定为：底面对X、Y、Z方向位移进行了约束，前面以及后面对X反方向位移也进行了约束，左面及右面对Y方向位移進行了约束。模型的顶面形成自由面。此次继续拧分析所采用的计算模型为，摩尔库伦模型，这种模型可以对土体以及岩石中包含的颗粒进行很好的模拟。为了对内扶壁式挡土墙与外扶壁式挡土墙之间形成的受力情况进行对比分析，此次研究主要针对计算模型构建了两个，这两个模型的边界以及地质状况都完全相同，唯一不同的是在支护形式方面，并对其支护形式做了修改，从而使两个模型具有可对比的结果。
通过对两种挡土墙的受力结果进行分析可知，在工作常态下，外扶壁式挡土墙的最大轴力与内扶壁式挡土墙的最大轴力存在着较大的差别，但是两种挡土墙在弯矩方面比较相近。
3、扶壁式挡土墙在配筋方面的设计
3.1立板配筋设计
主要是对水平受拉钢筋以及竖向配筋进行设计，两个方向的配筋设计都分内侧和外侧。同时，扶板与立板所使用的U型拉筋，其开口端朝向扶壁的背侧，此类钢筋所承受的高度是拉筋之间距离水平条的板端剪力，在扶壁通长进行布置。
3.2墙踵板配筋设计
顶面的水平横向钢筋主要是为了保证立板能够承受的竖向弯矩钢筋所发挥的作用，并向底面和顶面水平受拉，墙踵板与扶壁墙之间所使用的U型钢筋，其开口应该朝上，可以延伸到扶壁的位置，从而当做扶壁两侧的分布钢筋。
3.3扶壁配筋设计
扶壁的背侧主要对受拉钢筋进行配置，但是若扶壁存在差异，位置应力也存在差异，因此，应该将扶壁共划分为3层，然后进行分段配筋，在配筋的过程中还应该对锚固的长度进行考虑。
4、结束语
综上所述，通过对两种挡土墙进行的受力分析可以了解到，内扶壁式挡土墙与外扶壁式挡土墙在最大弯矩方面数值比较接近，并且最大弯矩所在位置都是一样的，当使用理正岩土软件通过计算内扶壁式挡土墙来设计外扶壁式挡土墙时，计算所得的结果会较为合理。与此同时，内扶壁式挡土墙同外扶壁式挡土墙所形成的最大轴力所在的部位是一样的，但是两种挡土墙在受力方面却存在着较大的不同，其中，内扶壁式挡土墙主要受拉力的作用，而外扶壁式挡土墙主要受到压力的作用，并且两者相互对比而言，外扶壁式挡土墙会受到较大的力，虽然在抗压性方面，钢筋混凝土结构的总体性能比较良好，但是还应该对其抗压性能方面进行科学的计算来加以验证。
参考文献：
[1]唐文.搞都边坡扶壁式支挡结构的空间作用研究[D].广州大学，2015.
[2]文登国，郑鑫，张程宏.扶壁式挡土墙墙背土压力分布规律实验研究[J].城市道桥与防洪，2012（5）：331-335.
[3]王恒力.外扶壁与内扶壁式挡土墙的受力分析[J].数字化用户，2017（28）：124-124.
[4]葛苗苗，李宁，朱才辉，等.扶壁式挡土墙水位骤降情况下稳定性及受力研究[J].地下空间与工程学报，2016，12（6）：1667-1675.
关键词：外扶壁式挡土墙；内扶壁式挡土墙；受力分析
在边坡加固的过程中，扶壁式挡土墙是一种较为常用的形式，扶壁式挡土墙主要有两种形式，其一为外扶壁式挡土墙，其二为内扶壁式挡土墙，当时从当前使用的理正岩土软件进行计算的方面来看，其使用的计算模块主要是对内扶壁式挡土墙进行计算。而针对外扶壁式挡土墙进行计算的过程中，却未能够通过适当的方法对其进行计算，所以在对外扶壁挡土墙进行计算时所得出的结果主要是通过计算内扶壁式挡土墙而得来的，然而，由于外扶壁式挡土墙与内扶壁式挡土墙之间存在着受力差别，这便会导致外扶壁式挡土墙缺乏合理的设计，从而使边坡在稳定性方面受到极大的影响，因此，需要对外扶壁式挡土墙与内扶壁式挡土墙之间形成的受力进行分析和研究是当前需要做到的，本文以某工程为例，对外扶壁与内扶壁式挡土墙的受力进行分析。
1、工程概况
1.1工程简介
该工程位于某市的一个中学之内，需要加固的边坡长度大概在150m左右，工程的边坡高度为5.5m，其顶部位置设有图书馆，图书馆共3层。通过对现场地质进行实际考察，并结合当前工程的施工条件，准备采用的边坡加固方式为外扶壁式挡土墙。相对于内扶壁式挡土墙而言，外扶壁式挡土墙既存在一定的优点，又存在明显的缺点。其优点在于：外扶壁式挡土墙能够使挖方得以尽量减少，同时还能够使土体形成的扰动得以降低，并且外扶壁式挡土墙在施工进程方面比较快，从而能够使施工的工期尽量缩短。但其也有一定的缺点，其缺点在于：外扶壁式挡土墙的扶壁一般都会外露，从而使外观受到影响，并且其所占的面积会比较大，因此，外扶壁式挡土墙通常会使自身的使用面积减少。
1.2工程地质概况以及水文概况
通过实地勘察以及相关施工部门披露，施工场地依照地质的成因从上至下可做如下分层：①杂填土层。此土层全部进行钻孔可以观察到，土质颜色呈灰褐色以及灰黄色，土质比较松散，构成成分为细砂和粉质黏土，其中夹杂着些许中砂，此土层厚度在1～3m之间，平均厚度为1.5m；②冲积层。该层的土质颜色呈灰黄色，并且具有可塑性，该层主要的成分是粉质黏粒，其黏性较为良好，其中含有些许砂质，该层的厚度在1.5～3m之间，平均厚度为2m；③残积土层.该土层的颜色为灰褐色，具有可塑性，其土质成分为粉砂岩（泥质）以及风化的残积土，此层土质的黏性比较好，若遇到水，则会出现软化，该土层的厚度为0.5～1.5m之间，平均厚度为1m；④沉积岩。场地的基岩主要是沉积岩，其岩性主要是以粉砂岩（泥质）为主，并且都胶结在一起，其构造主要呈层状，岩石质地较软，在对其进行勘探的可探范围之内，其风化岩带主要分为全风化岩带、强风化岩带以及中风化岩带。首先，全风化岩带的颜色为褐红色，岩石受到风化的程度比较严重，多数矿岩已风化为土质，并且能够看到矿岩的残余，其岩芯呈柱状并且较为坚硬，岩块通过用手进行捏撵容易碎，若遇水则会出现软化，其岩层厚度为2～3.5m之间，平均厚度为2.7m。其次，强风化岩带的颜色为褐红色，大多数矿物一出现明显的风化迹象，这种迹象非常强烈，其岩芯主要呈现出半土半岩状，局部还会出现碎块状，岩块用手可以直接压碎或折断，其岩层厚度为2～5m，平均厚度为3.5m。再次，中风化岩带的颜色为褐红色，铁质、泥质以及钙质相互胶结，其结构为中厚层构造，多发育在裂隙，岩芯大部分为碎块状，少部分存在短柱状，岩质比较软，岩层的厚度为0.5～4m，平均厚度为2.5m。在施工现场，残积土层、粉质黏土层以及全风化岩带多为不透水层，或者是低透水层，可以将其看作为相对隔水层，而强风化岩带、杂填土层以及中风化岩带才可作为相对含水层，其富含地下水，而地下水主要由地表水和大气降水进行补给，其排泄的方式为蒸发。
2、有限元模拟分析
此次进行的有限元模拟分析中，模拟地层主要是对外扶壁式挡土墙所处的加固段中的不利地层进行现场勘察，并通过勘察获取相关资料，其地层从上到下依次为杂填土层、粉质可塑黏土层、粉质可硬塑黏土层、全风化岩带、强风化岩带、中风化岩带。
以此项目所支护的挡土墙地层信息以及剖面图作为依据，对模型坡顶边界以及坡底各4倍的边坡高度进行选择，并将其作为边界来进行分析，最终对其模型大小进行确定。对模型边界进行计算的条件可以设定为：底面对X、Y、Z方向位移进行了约束，前面以及后面对X反方向位移也进行了约束，左面及右面对Y方向位移進行了约束。模型的顶面形成自由面。此次继续拧分析所采用的计算模型为，摩尔库伦模型，这种模型可以对土体以及岩石中包含的颗粒进行很好的模拟。为了对内扶壁式挡土墙与外扶壁式挡土墙之间形成的受力情况进行对比分析，此次研究主要针对计算模型构建了两个，这两个模型的边界以及地质状况都完全相同，唯一不同的是在支护形式方面，并对其支护形式做了修改，从而使两个模型具有可对比的结果。
通过对两种挡土墙的受力结果进行分析可知，在工作常态下，外扶壁式挡土墙的最大轴力与内扶壁式挡土墙的最大轴力存在着较大的差别，但是两种挡土墙在弯矩方面比较相近。
3、扶壁式挡土墙在配筋方面的设计
3.1立板配筋设计
主要是对水平受拉钢筋以及竖向配筋进行设计，两个方向的配筋设计都分内侧和外侧。同时，扶板与立板所使用的U型拉筋，其开口端朝向扶壁的背侧，此类钢筋所承受的高度是拉筋之间距离水平条的板端剪力，在扶壁通长进行布置。
3.2墙踵板配筋设计
顶面的水平横向钢筋主要是为了保证立板能够承受的竖向弯矩钢筋所发挥的作用，并向底面和顶面水平受拉，墙踵板与扶壁墙之间所使用的U型钢筋，其开口应该朝上，可以延伸到扶壁的位置，从而当做扶壁两侧的分布钢筋。
3.3扶壁配筋设计
扶壁的背侧主要对受拉钢筋进行配置，但是若扶壁存在差异，位置应力也存在差异，因此，应该将扶壁共划分为3层，然后进行分段配筋，在配筋的过程中还应该对锚固的长度进行考虑。
4、结束语
综上所述，通过对两种挡土墙进行的受力分析可以了解到，内扶壁式挡土墙与外扶壁式挡土墙在最大弯矩方面数值比较接近，并且最大弯矩所在位置都是一样的，当使用理正岩土软件通过计算内扶壁式挡土墙来设计外扶壁式挡土墙时，计算所得的结果会较为合理。与此同时，内扶壁式挡土墙同外扶壁式挡土墙所形成的最大轴力所在的部位是一样的，但是两种挡土墙在受力方面却存在着较大的不同，其中，内扶壁式挡土墙主要受拉力的作用，而外扶壁式挡土墙主要受到压力的作用，并且两者相互对比而言，外扶壁式挡土墙会受到较大的力，虽然在抗压性方面，钢筋混凝土结构的总体性能比较良好，但是还应该对其抗压性能方面进行科学的计算来加以验证。
参考文献：
[1]唐文.搞都边坡扶壁式支挡结构的空间作用研究[D].广州大学，2015.
[2]文登国，郑鑫，张程宏.扶壁式挡土墙墙背土压力分布规律实验研究[J].城市道桥与防洪，2012（5）：331-335.
[3]王恒力.外扶壁与内扶壁式挡土墙的受力分析[J].数字化用户，2017（28）：124-124.
[4]葛苗苗，李宁，朱才辉，等.扶壁式挡土墙水位骤降情况下稳定性及受力研究[J].地下空间与工程学报，2016，12（6）：1667-1675.