景觀擋土墻模型試驗(yàn)報(bào)告

1、精品“自嵌式景觀擋土墻技術(shù)開發(fā)與示范”項(xiàng)目室內(nèi)模型試驗(yàn)報(bào)告黑龍江省水利科學(xué)研究院試 驗(yàn) 名 稱：室內(nèi)模型試驗(yàn)項(xiàng) 目 來(lái) 源：水利部“948”計(jì)劃項(xiàng)目“自嵌式景觀擋土墻技術(shù)開發(fā)與示范”（合同編號(hào)：CT200608）試驗(yàn)承擔(dān)單位：黑龍江省水利科學(xué)研究院試驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：張濱 汪恩良 鐘華試 驗(yàn) 參 加 人：高占坤 ?？〉?孫景路 鐘華 岳為群汪恩良 張濱報(bào) 告 編 寫：鐘 華目 錄1. 前言12. 試驗(yàn)要求12.1 試驗(yàn)?zāi)康?2.2 試驗(yàn)內(nèi)容12.3 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)備22.3.1 試驗(yàn)材料22.3.2 試驗(yàn)設(shè)備33. 試驗(yàn)方案43.1 試驗(yàn)過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)43.1.1 環(huán)境溫度控制方案43.1.2

2、 底板溫度控制方案63.1.3 凍深過(guò)程控制方案73.1.4 注意事項(xiàng)73.2 模型制作方案設(shè)計(jì)73.2.1 試驗(yàn)用土料及加筋材料的制備73.2.2 模型成型及傳感器埋設(shè)93.2.3 模型飽水和補(bǔ)水93.2.4 模型試驗(yàn)土體含水量測(cè)定123.2.5 模型拆除123.2.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析124. 試驗(yàn)結(jié)果及分析124.1 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)結(jié)果及分析124.1.1 模型試驗(yàn)降溫過(guò)程分析124.1.2 土體溫度變化過(guò)程分析124.1.3 0等溫線發(fā)展變化過(guò)程分析154.1.4 各監(jiān)測(cè)斷面變形結(jié)果分析164.1.5 加筋材料變形結(jié)果分析174.1.6 水平凍脹力結(jié)果分析194

3、.1.7 墻趾水平壓力結(jié)果分析214.2 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)結(jié)果及分析224.2.1 模型試驗(yàn)降溫過(guò)程分析224.2.2 土體溫度變化過(guò)程分析234.2.3 0等溫線發(fā)展變化過(guò)程分析244.2.4 各監(jiān)測(cè)斷面變形結(jié)果分析254.2.5 加筋材料變形結(jié)果分析274.2.6 水平凍脹力結(jié)果分析284.2.7 墻趾水平壓力結(jié)果分析315. 模型試驗(yàn)結(jié)論32.精品“自嵌式景觀擋土墻技術(shù)開發(fā)與示范”項(xiàng)目室內(nèi)模型試驗(yàn)報(bào)告1. 前言“自嵌式景觀擋土墻技術(shù)開發(fā)與示范”項(xiàng)目是水利部“948”計(jì)劃項(xiàng)目。自嵌式景觀擋土結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、自然美觀、設(shè)計(jì)靈活、施工簡(jiǎn)單、用途廣泛的擋土墻系統(tǒng)。砌塊橫向

4、和縱向配筋操作簡(jiǎn)單，無(wú)須模板澆灌，施工費(fèi)用低廉，結(jié)構(gòu)性能與現(xiàn)澆混凝土擋墻相當(dāng)。通過(guò)顏色、面層質(zhì)感和塊形的完美搭配，可實(shí)現(xiàn)各種裝飾效果和建筑風(fēng)格。自嵌式擋土結(jié)構(gòu)是新型柔性結(jié)構(gòu)護(hù)坡體系，主要依靠擋土塊塊體、填土通過(guò)筋帶連接構(gòu)成的復(fù)合體自重來(lái)抵抗動(dòng)靜荷載，達(dá)到穩(wěn)定的作用。該此結(jié)構(gòu)無(wú)須砂漿砌筑，依靠帶有后緣的塊與塊之間嵌鎖作用和上層塊體重量來(lái)防止滑動(dòng)傾覆，對(duì)地形地質(zhì)條件不提出特別的要求，任何需要擋土的地方均可使用。只要采用合理的設(shè)計(jì)方案，可使過(guò)水通道兩岸，在水浪壓力、冰層壓力作用下仍然可以達(dá)到使用要求。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、大眾環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步提高，自嵌式擋土結(jié)構(gòu)將具有廣闊的應(yīng)用前景。擋土結(jié)構(gòu)在我國(guó)水利

5、等行業(yè)部門有廣泛的應(yīng)用，特別用于河道整治、堤岸防護(hù)等方面。隨著國(guó)民素質(zhì)的提高，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)擋土結(jié)構(gòu)在景觀、環(huán)保、可重復(fù)利用等方面提出了更高的要求。自嵌式景觀擋土結(jié)構(gòu)是新型的重力式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適應(yīng)軟地基、抗震性能好、耗材少成本低、施工方便快捷、節(jié)約土地資源、景觀效果好。本報(bào)告以“自嵌式景觀擋土墻技術(shù)開發(fā)與示范”項(xiàng)目為背景，對(duì)自嵌式景觀擋土墻結(jié)構(gòu)開展小比尺凍土力學(xué)模型試驗(yàn)，研究自嵌式景觀擋土墻結(jié)構(gòu)在寒區(qū)工程中應(yīng)用的變形及應(yīng)力狀態(tài)變化過(guò)程，為加筋擋土墻設(shè)計(jì)的理論研究提供基礎(chǔ)性資料。2. 試驗(yàn)要求2.1 試驗(yàn)?zāi)康谋敬卧囼?yàn)通過(guò)模擬擋土墻工程的實(shí)際工況，尋求凍融循環(huán)過(guò)程墻體溫度場(chǎng)、凍深、凍脹量、墻面

6、側(cè)向位移、加筋材料應(yīng)變，以及加筋擋土墻所受的水平凍脹力和墻趾水平方向壓力等參數(shù)隨環(huán)境溫度變化而變化的規(guī)律，為景觀擋土墻在季節(jié)凍土區(qū)的應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。2.2 試驗(yàn)內(nèi)容模型試驗(yàn)具體觀測(cè)內(nèi)容如下：（1）凍深觀測(cè)：墻后土體凍深（2）凍脹量監(jiān)測(cè)：墻頂土體的凍脹量（3）溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)：室內(nèi)環(huán)境溫度和土體內(nèi)部溫度場(chǎng)（4）墻面水平位移監(jiān)測(cè)：觀測(cè)凍融過(guò)程中墻面水平位移的變化（5）加筋材料應(yīng)變監(jiān)測(cè)：觀測(cè)凍融過(guò)程中加筋材料應(yīng)變的變化（6）水平凍脹力監(jiān)測(cè)：觀測(cè)凍融過(guò)程中擋土墻水平凍脹力的變化（7）墻趾水平壓力監(jiān)測(cè)：觀測(cè)凍融過(guò)程中墻趾水平壓力的變化（8）孔隙水壓力監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部的孔隙水壓力變化（9）含水量測(cè)

7、量：觀測(cè)凍融前后，墻后土體含水量的變化2.3 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)備2.3.1 試驗(yàn)材料2.3.1.1 土的物理力學(xué)性質(zhì)本次試驗(yàn)所用粘土取自哈爾濱市郊區(qū)薛家土場(chǎng)，粘土土樣按水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)規(guī)程（SL237-1999）3的要求進(jìn)行試驗(yàn)。其主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1，顆粒分析曲線見圖1。表1 試驗(yàn)用粘土主要物理力學(xué)指標(biāo)土粒比重 Gs液限 L（%）塑限 P（%）塑限指數(shù) Ip液性指數(shù) IL0.05mm）（%）粉粒（0.05-0.075mm）（%）粘粒（0.002mm）（%）垂直滲透系數(shù) Kv （cm/s）最大干密度 dmax（g/cm3）最優(yōu)含水率 opt（%）土的分類低液限粘土CL制樣含水率 （%）

8、填土重度 （kN/m3）圖1 試驗(yàn)土樣顆粒分析曲線2.3.1.2 自嵌式景觀擋土墻砌塊本次試驗(yàn)采用南京優(yōu)凝舒布洛克公司生產(chǎn)的自嵌式景觀擋土墻砌塊，其尺寸為45cm35cm15cm 砌塊照片見圖2。2.3.1.3 加筋材料的選用 圖2 砌塊照片本項(xiàng)試驗(yàn)共采用兩種格柵，分別為S5050型聚酯雙向格柵和S2522型玻纖雙向格柵。其中，第一組試驗(yàn)采用S5050型聚酯雙向格柵加筋，第二組試驗(yàn)采用S2522型玻纖雙向格柵加筋。2.3.2 試驗(yàn)設(shè)備2.3.2.1 模型試驗(yàn)裝置本報(bào)告的凍土力學(xué)模型試驗(yàn)是在黑龍江省水利科學(xué)研究院自行研制的智能化多功能凍土力學(xué)模型試驗(yàn)臺(tái)中進(jìn)行。結(jié)合低溫實(shí)驗(yàn)室的使用，該試驗(yàn)裝置可以

9、有效的實(shí)現(xiàn)單向和雙向的凍結(jié)條件，實(shí)現(xiàn)凍結(jié)過(guò)程中水分遷移的水分補(bǔ)給，能夠控制凍融循環(huán)過(guò)程中凍結(jié)土體下臥暖土層的溫度，還可以監(jiān)測(cè)凍土的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，以及凍脹和融沉變形。除此之外，該裝置還可以在保證試驗(yàn)過(guò)程中箱體的變形要求的前提下，提供模型試驗(yàn)加載破壞的荷載，并能實(shí)現(xiàn)模型試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)試數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與分析，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。2.3.2.2 模型試驗(yàn)量測(cè)儀器及設(shè)備本試驗(yàn)觀測(cè)的數(shù)據(jù)主要包括溫度、變形和壓力。溫度觀測(cè)采用PT100溫度傳感器和熱敏電阻溫度傳感器，變形觀測(cè)采用位移傳感器，土壓力觀測(cè)采用力傳感器，孔隙水壓力觀測(cè)采用滲壓計(jì)。數(shù)據(jù)采集使用溫度巡檢儀和DT515系列數(shù)據(jù)采集儀。主要量測(cè)儀器及

10、采集系統(tǒng)組成見圖3。圖3 主要量測(cè)儀器及采集系統(tǒng)圖3. 試驗(yàn)方案3.1 試驗(yàn)過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)采用以凍深為主的降溫過(guò)程控制方案，模擬開始凍結(jié)至完全融化的過(guò)程，土體完全融化后的階段不予模擬，試驗(yàn)設(shè)計(jì)凍深取為70cm。3.1.1 環(huán)境溫度控制方案根據(jù)哈爾濱野外凍土觀測(cè)場(chǎng)（見圖4）（東經(jīng)12622，北緯4538）20072008年度觀測(cè)資料，土體開始凍結(jié)至完全融化的過(guò)程需196天（穩(wěn)定凍結(jié)期）。野外凍土觀測(cè)場(chǎng)的實(shí)測(cè)氣溫變化過(guò)程線見圖5，地溫變化過(guò)程線圖6，凍融過(guò)程曲線見圖7。模型試驗(yàn)環(huán)境溫度控制過(guò)程根據(jù)野外觀測(cè)結(jié)果確定，模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)歷時(shí)15.5天（372h），試驗(yàn)環(huán)境溫度控制過(guò)程分四個(gè)階段進(jìn)行

11、，各階段溫度控制過(guò)程如下：1）降溫階段試驗(yàn)時(shí)間0 48h，試驗(yàn)歷時(shí)48h，環(huán)境溫度2 -27；2）恒低溫階段試驗(yàn)時(shí)間48h 137h，試驗(yàn)歷時(shí)89h，環(huán)境溫度保持-27；3）升溫階段試驗(yàn)時(shí)間137h 267h，試驗(yàn)歷時(shí)130h，環(huán)境溫度-27 25；4）恒高溫至完全融化階段試驗(yàn)時(shí)間267h 372h，試驗(yàn)歷時(shí)105h，環(huán)境溫度保持25；試驗(yàn)溫度控制過(guò)程曲線見圖8。圖4 哈爾濱萬(wàn)家野外凍土觀測(cè)場(chǎng)全圖圖5 野外凍土觀測(cè)場(chǎng)2007-2008年氣溫實(shí)測(cè)過(guò)程線圖6 野外凍土觀測(cè)場(chǎng)2007-2008年地溫實(shí)測(cè)過(guò)程線圖7 野外凍土觀測(cè)場(chǎng)2007-2008年實(shí)測(cè)凍融過(guò)程線圖8 溫度控制過(guò)程曲線3.1.2 底板

12、溫度控制方案為了模擬天然土體下臥暖土層溫度，待出現(xiàn)最大凍深時(shí)，開始控制底板溫度。底板溫度控制過(guò)程曲線見圖9。圖9 底板溫度控制過(guò)程曲線圖3.1.3 凍深過(guò)程控制方案設(shè)計(jì)凍深過(guò)程控制見圖10。圖10 凍深控制過(guò)程曲線3.1.4 注意事項(xiàng)當(dāng)土體表面溫度達(dá)到2后，先恒溫4872h，待土體內(nèi)部溫度達(dá)到8左右時(shí)，正式開始試驗(yàn)，并按溫度控制表對(duì)低溫控制柜進(jìn)行設(shè)置，控制試驗(yàn)溫度。試驗(yàn)開始降溫之前，仔細(xì)檢查壓縮機(jī)組和加熱器是否正常工作，并進(jìn)行除霜處理。第一個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束后，從墻頂進(jìn)行補(bǔ)水，待達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且土體溫度均勻后進(jìn)行下一個(gè)周期的試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，視機(jī)組運(yùn)行的具體情況，考慮適時(shí)進(jìn)行除霜處理。除霜時(shí)，將

13、風(fēng)口用棉被擋好，盡量減小環(huán)境溫度的變化。除霜后，再重復(fù)一段除霜前的降溫過(guò)程，重復(fù)降溫時(shí)間視具體情況控制在1h左右，當(dāng)土體溫度達(dá)到除霜前的狀態(tài)時(shí)，即可按設(shè)計(jì)降溫曲線控制環(huán)境溫度。3.2 模型制作方案設(shè)計(jì)為了比較擋土墻在季節(jié)凍土區(qū)采用土工格柵加筋與不加筋對(duì)水平凍脹力和凍脹變形的削減作用，本次試驗(yàn)同時(shí)開展兩組模型試驗(yàn)：一組采用土工格柵加筋（加筋寬度為1.2m，沿橫斷面居中布置，各層筋材伸出砌塊外長(zhǎng)度為15cm，總長(zhǎng)度分別為1.80m，1.86m，1.92m），另一組作為對(duì)照不加筋，兩組模型的其它試驗(yàn)條件均相同。試驗(yàn)過(guò)程控制流程圖見圖11。3.2.1 試驗(yàn)用土料及加筋材料的制備制作模型所用填土的制備過(guò)

14、程如下：1）土在室溫條件下自然風(fēng)干；粉碎、過(guò)5mm篩，使土團(tuán)篩出試驗(yàn)用土料及加筋材料的制備模型成型及傳感器埋設(shè)模型飽水和補(bǔ)水模型試驗(yàn)土體含水量的測(cè)定 開始試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)束模型拆除試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析圖11 試驗(yàn)過(guò)程控制流程圖2）測(cè)定土的初始含水量，平行測(cè)試，取其平均值；按照每天填土數(shù)量和試驗(yàn)填土所需含水量計(jì)算配水量，將其均勻?yàn)⒂谕林校厼⑦叞?，直至土中含水量分布均?）拌勻的土樣堆于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，覆蓋塑料袋密封保濕24h，使土中水分充分混合均勻備用4）填土前，再次測(cè)定土中含水量，保證每層填土的干密度控制在最大干密度的90%加筋土擋墻所需加筋材料的制備過(guò)程如下：1）計(jì)算每層加筋所需尺寸，按需要尺寸剪切玻纖

15、土工格柵網(wǎng)片2）按設(shè)計(jì)位置粘貼應(yīng)變片，把粘貼好的格柵網(wǎng)片攤平陰干3）在干透的應(yīng)變片外層涂環(huán)氧樹脂防水，攤平陰干后備用注：每層加筋材料的長(zhǎng)度=加筋長(zhǎng)度+砌塊外裸露部分的長(zhǎng)度，裸露部分的長(zhǎng)度取15cm，具體布置見圖13。試驗(yàn)過(guò)程中，需同時(shí)測(cè)量裸露部分的格柵在凍結(jié)期間的長(zhǎng)度變化。3.2.2 模型成型及傳感器埋設(shè)模型制作順序嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)施工操作順序進(jìn)行。回填土全部采用預(yù)先備好的土樣,從下至上，用分層體積和土料濕重來(lái)控制干容重，全部按最大干容重的92%控制壓實(shí)度，采用人工擊實(shí)法分層裝土，每分層的擊實(shí)厚度為5-10cm。模型成型的具體步驟如下：1) 在模型箱底部供水池上鋪設(shè)無(wú)紡布，在臨空面一側(cè)，力傳感器的

16、固定裝置與供水池及箱體側(cè)壁接觸處設(shè)置壓條止水，然后，在箱體內(nèi)壁涂抹23mm厚的黃油，以便在模型箱側(cè)壁與模型材料之間形成一層滑膜，消減摩擦力的作用2) 砌筑第一層砌塊，并向模型箱內(nèi)填土制作模型，同時(shí)，記錄各層填土重量及含水率等相關(guān)參數(shù)，并在相應(yīng)位置埋設(shè)傳感器，記錄傳感器初值3) 砌筑下一層砌塊，填土，并在相應(yīng)位置埋設(shè)傳感器及加筋材料等，直至整個(gè)模型制作完畢4) 模型土體制作好后，在墻體側(cè)面及土體頂面安裝位移傳感器及環(huán)境溫度傳感器注：施工之前，所有的儀器都應(yīng)該進(jìn)行校準(zhǔn)，位移傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)校準(zhǔn)，溫度傳感器進(jìn)行修正標(biāo)定，保證測(cè)試精度要求。模型試驗(yàn)所需傳感器情況見表2，傳感器布置見圖12和圖13。表

17、2 模型試驗(yàn)所需傳感器統(tǒng)計(jì)表待測(cè)量傳感器使用情況統(tǒng)計(jì)備注類型型號(hào)量程精度數(shù)量圖號(hào)溫度鉑電阻溫度傳感器PT-100629和10312=58熱敏電阻389和10192=38位移位移變送器CYG-WY150150mm0.25%109和1052=10直滑式直線位移傳感器WYD-50mm50mm0.1%29和1012=2壓力應(yīng)變式微型土壓力計(jì)YT-200G0.02%289和10142=28力變送器CYG-1701250kN0.5%49和1022=4振弦式荷載計(jì)YT-1100A500kN0.5%49和1022=4孔隙水壓力振弦式滲壓計(jì)VWP-6600kPa0.27kPa; 29和1012=2應(yīng)變應(yīng)變計(jì)BQ

18、120-5AA1%241038=243.2.3 模型飽水和補(bǔ)水1) 模型飽水圖12 未加筋擋土墻傳感器布置圖.精品圖13 加筋擋土墻傳感器布置圖模型制作完成后，對(duì)模型進(jìn)行飽水處理，使試驗(yàn)土體達(dá)到飽和狀態(tài)，其飽和度控制在95%左右。模型飽水期間，需施加10kPa的固結(jié)應(yīng)力。模型土體飽和后，在試驗(yàn)室內(nèi)恒溫，當(dāng)土體內(nèi)部溫度達(dá)到8左右時(shí)，準(zhǔn)備開始降溫。2) 模型補(bǔ)水利用模型試驗(yàn)裝置的補(bǔ)水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)土體的補(bǔ)水要求。為模擬開敞式凍結(jié)條件，試驗(yàn)進(jìn)行期間，一直進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水水位通過(guò)補(bǔ)水箱的水位進(jìn)行控制。3.2.4 模型試驗(yàn)土體含水量測(cè)定1) 在模型制作過(guò)程中，按設(shè)計(jì)要求取分層含水量2) 模型飽水后，試驗(yàn)開

19、始降溫前，按設(shè)計(jì)要求取分層含水量3) 模型試驗(yàn)完成后，按設(shè)計(jì)要求取分層含水量3.2.5 模型拆除試驗(yàn)結(jié)束后，模型拆除的步驟如下：1) 拆除模型土體表面及墻面板處的位移傳感器，記錄拆除時(shí)間及傳感器編號(hào)2) 逐層清除填土，并拆除相應(yīng)位置處的傳感器，記錄拆除時(shí)間及傳感器編號(hào)3) 傳感器拆除后，將其清洗干凈，按類型分組收好備用4) 全部模型傳感器拆除完畢后，停止數(shù)據(jù)采集程序，并將數(shù)采儀收好備用3.2.6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析試驗(yàn)結(jié)束后，需及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，總結(jié)試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各類問(wèn)題，并提出解決方案。4. 試驗(yàn)結(jié)果及分析4.1 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)結(jié)果及分析 模型試驗(yàn)降溫過(guò)程分析S

20、5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)降溫過(guò)程控制曲線見圖14。由試驗(yàn)溫度控制過(guò)程曲線可以看出：本次試驗(yàn)環(huán)境溫度和底板溫度控制過(guò)程符合設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)環(huán)境溫度控制過(guò)程能夠較好的模擬野外自然條件下氣溫的降溫規(guī)律。4.1.2 土體溫度變化過(guò)程分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)土體溫度變化過(guò)程曲線見圖1518。由不同深度土層溫度變化過(guò)程線可以看出，擋土墻模型土體溫度變化趨勢(shì)與野外實(shí)測(cè)不同深度土層溫度變化趨勢(shì)相近，符合精度要求。由最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布圖可以看出，擋土墻后土體溫度場(chǎng)分布比較均勻，擋土墻頂面和墻面板方向溫度較低，內(nèi)部融土層溫度較高，符合季節(jié)凍土區(qū)凍土墻雙向凍結(jié)雙向融化的溫度場(chǎng)分布規(guī)

21、律。圖14 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)溫度控制過(guò)程曲線圖15 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻土層溫度變化過(guò)程線圖16 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型加筋擋土墻土層溫度變化過(guò)程線圖17 未加筋擋土墻最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布圖18 加筋擋土墻最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布4.1.3 0等溫線發(fā)展變化過(guò)程分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)0等溫線變化結(jié)果見表3和圖19。表3 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表試驗(yàn)參數(shù)最大凍深hF（cm）融深hT（cm）hT / hF（%）未加筋加筋圖19 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型0等溫線深度變化過(guò)程線由試驗(yàn)0等溫線深度變

22、化過(guò)程線可以看出：本次試驗(yàn)土體凍深融深變化趨勢(shì)與天然土體的變化趨勢(shì)基本相同。此次試驗(yàn)的最大凍深出現(xiàn)在持續(xù)升溫段即將結(jié)束時(shí)，未加筋擋土墻和加筋擋土墻的最大凍深分別為70.0cm和65.5cm，其中，加筋擋土墻的實(shí)測(cè)凍深比設(shè)計(jì)凍深（70cm%。溫度控制過(guò)程完全符合凍深控制的精度要求，試驗(yàn)結(jié)果均有效。加筋擋土墻的凍深小于未加筋擋土墻的凍深，是由于加筋擋土墻的試驗(yàn)土體含水量比未加筋擋土墻大。因此，在相同的能量激勵(lì)狀態(tài)下，對(duì)于土體含水量大的加筋擋土墻，其土體的溫度變化進(jìn)程就會(huì)相對(duì)緩慢，凍鋒面的移動(dòng)速度自然會(huì)慢一些，移動(dòng)范圍也會(huì)小一些，這在宏觀上即表現(xiàn)為凍深的發(fā)展程度低。由此可見，土體含水量分布狀況對(duì)土體

23、凍深的發(fā)展有直接影響。4.1.4 各監(jiān)測(cè)斷面變形結(jié)果分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)凍脹變形實(shí)測(cè)結(jié)果見表4和圖2021。表4 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表試驗(yàn)參數(shù)最大凍脹量hF（mm）最大融沉量hT（mm）hT /hF（%）凍脹率（%）未加筋加筋圖20 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型擋土墻凍脹量變化過(guò)程線圖21 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型擋土墻水平位移變化過(guò)程線由景觀擋土墻豎向位移變化過(guò)程線可以看出，加筋擋土墻的凍脹量明顯大于未加筋擋土墻的凍脹量，這是由于加筋擋土墻的含水量大于未加筋擋土墻所致。另外，本次試驗(yàn)土體表面不同位置處的凍脹量差異較大，加筋和未加筋擋土

24、墻都是墻后中間部位土體的凍脹量最大，分別為mm和mm，相應(yīng)的凍脹率分別為3.5%和0.9%，靠近面板處和遠(yuǎn)離面板一側(cè)的凍脹量都相對(duì)較小，這是由于試驗(yàn)土體內(nèi)部含水量分布不均勻所致。由此可見，土體的含水量分布狀況對(duì)土體凍脹量的發(fā)展有重要的作用。由景觀擋土墻豎向位移變化過(guò)程線還以看出，升溫過(guò)程中擋墻頂面產(chǎn)生融沉現(xiàn)象，加筋擋土墻和未加筋擋土墻的殘余變形均為負(fù)值，。這表明在凍融過(guò)程中，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，全部融化時(shí)墻頂面土體含水量很高，土體模量下降，在自重作用下產(chǎn)生較大融沉變形。在季節(jié)凍土區(qū)的加筋土擋墻應(yīng)避免春融期產(chǎn)生不允許的融沉變形。由景觀擋土墻水平位移變化過(guò)程線可以看出，未加筋擋土墻中下部（T1DH-

25、2和T1DH-3）的水平位移較大，上部的水平位移（T1DH-1）較小，而加筋擋土墻的上部（T2DH-1）水平位移大，中下部（T2DH-2和T2DH-3）的水平位移小。這是由于加筋材料對(duì)土體變形的約束作用，使擋土墻水平變形發(fā)生了重分布。4.1.5 加筋材料變形結(jié)果分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)加筋格柵應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果見圖2224。圖22 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型頂層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線圖23 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型中層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線圖24 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型底層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線由擋土墻加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線可以看出，凍融過(guò)程中，擋墻頂層加筋格

26、柵的應(yīng)變隨著溫度的降低明顯增大，在溫度升高時(shí)，加筋格柵的應(yīng)變明顯減小，加筋格柵最大應(yīng)變?yōu)?.033%，位置在擋墻面板后30cm處，最小正應(yīng)變?yōu)?.017%，整個(gè)筋條變形分布較均勻。擋墻中間層加筋格柵的應(yīng)變僅有2組應(yīng)變片測(cè)到數(shù)值，其它均破損，實(shí)測(cè)應(yīng)變值隨著溫度的降低顯著增大，最大應(yīng)變?yōu)?.045%，位置在擋墻面板后120cm處，最小應(yīng)變?yōu)?.036%，變形在整個(gè)筋條上分布較均勻。擋墻底層加筋格柵的應(yīng)變隨著溫度的降低明顯增大，在溫度升高時(shí)，加筋格柵的應(yīng)變明顯減小，加筋格柵最大應(yīng)變?yōu)?.069%，位置在擋墻面板后120cm處，最小正應(yīng)變?yōu)?.039%，整個(gè)筋條變形分布不均勻。上述分析表明，土體凍結(jié)后

27、，在凍結(jié)力的作用下加筋格柵與土協(xié)同工作，隨著凍深發(fā)展，產(chǎn)生水平凍脹力，加筋格柵拉伸應(yīng)變?cè)龃?，可以起到分?dān)水平凍脹力、約束凍脹變形的作用。4.1.6 水平凍脹力結(jié)果分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)水平凍脹力實(shí)測(cè)結(jié)果見圖2529。圖25 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻砌塊后水平凍脹力變化過(guò)程線圖26 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻后側(cè)壁處水平凍脹力變化過(guò)程線圖27 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型加筋擋土墻砌塊后水平凍脹力變化過(guò)程線圖28 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型加筋擋土墻后側(cè)壁處水平凍脹力變化過(guò)程線由擋土墻水平凍脹力變化過(guò)程線可以看出，不同深度的水平凍

28、脹力增長(zhǎng)的過(guò)程有一定差別，在凍結(jié)過(guò)程中，首先是淺層土體的水平凍脹力開始增長(zhǎng)，并逐漸增至最大值，隨著凍結(jié)過(guò)程的繼續(xù)，深層土體的水平凍脹力也陸續(xù)開始增長(zhǎng)，而淺層土體的凍脹力則開始不同程度的減小，在持續(xù)升溫段，水平凍脹力達(dá)到最大值。由擋土墻水平凍脹力變化過(guò)程線還可以看出，擋土墻中上部和中下部的水平凍脹力較大。對(duì)未加筋擋土墻，砌塊后的aaa；擋土墻后側(cè)壁處的水平凍脹力aaa。對(duì)加筋擋土墻，砌塊后的aaa；擋土墻后側(cè)壁處的水平凍脹力aaa。圖29 S5050型聚酯雙向格柵加筋試驗(yàn)最大水平凍脹力沿墻高分布圖由擋土墻最大水平凍脹力沿墻高分布圖可以看出，擋土墻水平凍脹力沿墻高近似呈雙峰型分布，符合水平凍脹力沿

29、墻高的分布規(guī)律。在淺層土體中，加筋擋土墻的水平凍脹力大于未加筋擋土墻的水平凍脹力，而在深層土體中，加筋擋土墻的水平凍脹力小于未加筋擋土墻的水平凍脹力。從整體趨勢(shì)上看，加筋擋土墻的水平凍脹力小于未加筋擋土墻的水平凍脹力，這表明加筋能夠使土體中的應(yīng)力進(jìn)行重新分布，進(jìn)而抑制水平凍脹力的增長(zhǎng)，起到減小工程凍害的作用。4.1.7 墻趾水平壓力結(jié)果分析S5050型聚酯雙向格柵加筋模型試驗(yàn)墻趾水平壓力實(shí)測(cè)結(jié)果見圖30。由景觀擋土墻墻趾水平壓力變化過(guò)程線可以看出：在降溫段，加筋和未加筋擋土墻的墻趾水平壓力均大幅增加；在保持低溫試驗(yàn)段，除未加筋擋土墻左側(cè)墻趾水平壓力（URW-L）在開始階段有大幅增加外，其它力值

30、基本保持不變，未加筋和加筋擋土墻的最大墻趾水平壓力分別為12.8kN和11.4kN；在持續(xù)升溫段，壓力值普遍減小，僅未加筋擋土墻右側(cè)（URW-R）壓力有小幅振蕩；在保持高溫試驗(yàn)段，各壓力值基本保持在一穩(wěn)定狀態(tài)。從整體變化趨勢(shì)上看，擋土墻墻趾水平壓力的變化趨勢(shì)與擋土墻水平凍脹力的變化趨勢(shì)一致，這表明墻趾水平壓力是受水平凍脹力的影響而產(chǎn)生的，在計(jì)中應(yīng)考慮墻墻趾的穩(wěn)定。圖30 S5050型聚酯雙向格柵加筋模型擋土墻墻趾水平壓力變化過(guò)程線4.2 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)結(jié)果及分析4.2.1 模型試驗(yàn)降溫過(guò)程分析S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)降溫過(guò)程見圖31。圖31 S5050型聚酯雙

31、向格柵加筋模型試驗(yàn)溫度控制過(guò)程曲線由試驗(yàn)溫度控制過(guò)程曲線可以看出：本次試驗(yàn)環(huán)境溫度和底板溫度控制過(guò)程符合設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)環(huán)境溫度控制過(guò)程能夠較好的模擬野外自然條件下氣溫的降溫規(guī)律。4.2.2 土體溫度變化過(guò)程分析S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)土體溫度變化過(guò)程曲線見圖3235。圖32 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻斷面二土層溫度變化過(guò)程線圖33 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型加筋擋土墻斷面二土層溫度變化過(guò)程線由不同深度土層溫度變化過(guò)程線可以看出，擋土墻模型土體溫度變化趨勢(shì)與野外實(shí)測(cè)不同深度土層溫度變化趨勢(shì)相近，符合精度要求。由最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布圖可以看出，擋土墻后土體溫

32、度場(chǎng)分布比較均勻，擋土墻頂面和墻面板方向溫度較低，內(nèi)部融土層溫度較高，符合季節(jié)凍土區(qū)凍土墻雙向凍結(jié)雙向融化的溫度場(chǎng)分布規(guī)律。圖34 未加筋擋土墻最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布圖35 未加筋擋土墻最大凍深時(shí)土體溫度場(chǎng)分布4.2.3 0等溫線發(fā)展變化過(guò)程分析S2525型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)0等溫線變化結(jié)果見表5和圖36。表5 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表試驗(yàn)參數(shù)最大凍深hF（cm）融深hT（cm）hT / hF（%）未加筋7160加筋6960由試驗(yàn)0等溫線深度變化過(guò)程線可以看出：本次試驗(yàn)土體凍深融深變化趨勢(shì)與天然土體的變化趨勢(shì)基本相同。此次試驗(yàn)的最大凍深出現(xiàn)在持續(xù)升溫段，未加筋擋土

33、墻和加筋擋土墻的最大凍深分別為71.0cm和69.0cm，與設(shè)計(jì)凍深（70cm%。溫度控制過(guò)程完全符合凍深控制的精度要求，試驗(yàn)結(jié)果均有效。加筋擋土墻的凍深小于未加筋擋土墻的凍深，是由于加筋擋土墻的試驗(yàn)土體含水量比未加筋擋土墻大。因此，在相同的能量激勵(lì)狀態(tài)下，對(duì)于土體含水量大的加筋擋土墻，其土體的溫度變化進(jìn)程就會(huì)相對(duì)緩慢，凍鋒面的移動(dòng)速度自然會(huì)慢一些，移動(dòng)范圍也會(huì)小一些，這在宏觀上即表現(xiàn)為凍深的發(fā)展程度低。由此可見，土體含水量分布狀況對(duì)土體凍深的發(fā)展有直接影響。圖36 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型0等溫線深度變化過(guò)程線4.2.4 各監(jiān)測(cè)斷面變形結(jié)果分析S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)凍脹

34、變形實(shí)測(cè)結(jié)果見表6和圖3738。表6 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表試驗(yàn)參數(shù)最大凍脹量hF（mm）最大融沉量hT（mm）hT /hF（%）凍脹率（%）未加筋加筋由景觀擋土墻豎向位移變化過(guò)程線可以看出，加筋擋土墻的凍脹量大于未加筋擋土墻的凍脹量，這是由于加筋擋土墻的含水量大于未加筋擋土墻所致。另外，本次試驗(yàn)土體表面不同位置處的凍脹量差異較大，加筋和未加筋擋土墻都是墻后中間部位土體的凍脹量最大，分別為9.7mm和9.1mm，相應(yīng)的凍脹率分別為1.4%和1.3%，靠近面板處和遠(yuǎn)離面板一側(cè)的凍脹量都相對(duì)較小，這是由于試驗(yàn)土體內(nèi)部含水量分布不均勻所致。由此可見，土體的含水量分布狀況對(duì)土體

35、凍脹量的發(fā)展有重要的作用。由景觀擋土墻豎向位移變化過(guò)程線還以看出，升溫過(guò)程中擋墻頂面產(chǎn)生融沉現(xiàn)象，由于本次試驗(yàn)土體密實(shí)度較高，因此，加筋擋土墻和未加筋擋土墻的殘余變形均為正值。雖然如此，由試驗(yàn)結(jié)果還是可以推斷在凍融過(guò)程中，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，融化時(shí)墻頂面土體含水量很高，土體模量下降，在自重作用下會(huì)產(chǎn)生融沉變形。因此，在季節(jié)凍土區(qū)的加筋土擋墻應(yīng)避免春融期產(chǎn)生不允許的融沉變形。圖37 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型景觀擋土墻豎向位移變化過(guò)程線圖38 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型景觀擋土墻水平位移變化過(guò)程線由景觀擋土墻水平位移變化過(guò)程線可以看出，加筋和未加筋擋土墻中部（RW-2和URW-2）和上

36、部（RW-1和URW-1）的水平位移較大，下部（RW-3和URW-3）的水平位移較小。加筋和未加筋擋土墻上部的最大水平位移分別為1.8mm和3.4mm，中部的最大水平位移分別為1.6mm和1.7mm，下部的最大水平位移分別為0.3mm和0.2mm。這是由于加筋材料對(duì)土體變形的約束作用，使擋土墻水平變形發(fā)生了重分布。4.2.5 加筋材料變形結(jié)果分析S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)格柵變形實(shí)測(cè)結(jié)果見圖3941。圖39 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型頂層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線圖40 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型中層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線由擋土墻加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線可以看出，凍融過(guò)程中，擋

37、墻頂層加筋格柵的應(yīng)變隨著溫度的降低明顯增大，在溫度升高時(shí)，加筋格柵的應(yīng)變明顯減小，加筋格柵最大應(yīng)變?yōu)?.06%，位置在擋墻面板后30cm處，最小應(yīng)變?yōu)?.94%，整個(gè)筋條變形分布較均勻。擋墻中間層加筋格柵的應(yīng)變隨著溫度的降低呈現(xiàn)明顯增大的規(guī)律，最大值為0.92%，位置在擋墻面板后75cm處，最小值為0.91%，變形在整個(gè)筋條上分布非常均勻。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，不同位置處的加筋格柵均有較大殘余變形。擋墻底層加筋格柵的應(yīng)變隨著溫度的降低明顯增大，在溫度升高時(shí)，加筋格柵的應(yīng)變不同程度的減小，加筋格柵最大應(yīng)變?yōu)?.92%，位置在擋墻面板后30cm處，最小應(yīng)變?yōu)?.31%，整個(gè)筋條變形分布不均勻，靠近墻面板處

38、應(yīng)變大，遠(yuǎn)離墻面板處應(yīng)變小。上述分析表明，土體凍結(jié)后，在凍結(jié)力的作用下加筋格柵與土協(xié)同工作，隨著凍深發(fā)展，產(chǎn)生水平凍脹力，加筋格柵拉伸應(yīng)變?cè)龃?，可以起到分?dān)水平凍脹力、約束凍脹變形的作用。圖41 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型底層加筋格柵應(yīng)變變化過(guò)程線4.2.6 水平凍脹力結(jié)果分析S2522型玻纖雙向格柵加筋模型試驗(yàn)水平凍脹力實(shí)測(cè)結(jié)果見圖4246。由擋土墻水平凍脹力變化過(guò)程線可以看出，在試驗(yàn)開始階段，水平凍脹力主要以振蕩為主，沒有顯著的增長(zhǎng)，隨著試驗(yàn)的繼續(xù)，不同深度的水平凍脹力開始不同程度的增長(zhǎng)，并陸續(xù)達(dá)到最大值，在持續(xù)升溫階段，水平凍脹力達(dá)到最大值后，陸續(xù)開始減小，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，水平凍脹力

39、減小至與初始值相近，即回到初始狀態(tài)。由擋土墻水平凍脹力變化過(guò)程線還可以看出，擋土墻中上部和中下部的水平凍脹力較大。對(duì)未加筋擋土墻，砌塊后的水平凍脹力埋深80cm處最大，其最大值達(dá)75.5kPa，其次是埋深為5cm和20cm處，其最大值分別為52.5kPa和29.9kPa；擋土墻后側(cè)壁處的水平凍脹力埋深5cm處最大，其最大值達(dá)50.3kPa，其次是埋深為65cm和50cm處，其最大值分別為28.9kPa和24.0kPa。對(duì)加筋擋土墻，砌塊后的水平凍脹力埋深35cm和埋深80cm處最大，其最大值達(dá)69.8kPa和69.7kPa，其次是埋深為50cm和65cm處的壓力值較大，其最大值分別為38.8k

40、Pa和32.7kPa；擋土墻后側(cè)壁處的水平凍脹力埋深65cm處水平凍脹力值最大，其最大值達(dá)80.1kPa，其次是埋深為80cm和35cm處，其最大值分別為50.8kPa和40.8kPa。圖42 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻砌塊后水平凍脹力變化過(guò)程線圖43 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型未加筋擋土墻后側(cè)面板水平凍脹力變化過(guò)程線圖44 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型加筋擋土墻砌塊后水平凍脹力變化過(guò)程線圖45 S2522型玻纖雙向格柵加筋模型加筋擋土墻后側(cè)面板水平凍脹力變化過(guò)程線由擋土墻最大水平凍脹力沿墻高分布圖可以看出，擋土墻水平凍脹力沿墻高近似呈雙峰型分布，符合水平凍脹力沿墻高的分布規(guī)律。在淺層土體中，加筋擋土墻的水平凍脹力小于未加筋擋土墻的水平凍脹力，而在深層土體中，加筋擋土墻的水平凍脹力大于未加筋擋土墻的水平凍脹力，這與第一