膨胀土路堑挡土墙反滤垫层减载效应研究

摘要

膨胀土具有胀缩特性，易导致支挡结构失稳破坏。若反滤层能在一定程度上减小土体膨胀压力，将有利于支挡结构的稳定。传统反滤层采用袋装砂砾石，存在砂砾石袋码砌不易、施工时间长、边坡暴露时间长易坍塌及减载效果差等缺点，且其主要功能仅仅体现为反滤排水上，在膨胀土地区，如何使反滤排水层可以产生柔性变形以减小膨胀压力的功能还有待进一步开发，若反滤层能发挥一定程度的减载作用将非常有利于支挡结构的稳定。因此，为规范与完善支挡结构反滤排水系统设计与施工，提高施工效率，保证工程质量，充分、有效地发挥反滤层的反滤、排水作用，开发新型反滤垫层的减载功能。 以资料及产品调研、土工试验、材料检测试验、有限元计算、单元模型试验、现场测试及理论分析等为研究手段，开展了国内外支挡结构主型反滤层的基质材料、结构形式、性能指标、施工工艺、质量控制措施、应用现状、行业规程规范及相关研究成果的调研；进行了室内土工试验工作，测定室内单元结构模型试验所用土体材料的物理力学性质指标，采用有限元数值分析方法，并进行室内模型试验验证，给出膨胀土工况下反滤排水减载结构合理厚度及模量取值建议；结合有限元计算、室内试验结果及经济性分析，确定新型反滤排水系统适应不同使用功能的构造要求、模量与厚度推荐值，供设计参考；最后进行现场试验对结构产品进行验证。主要研究成果如下： （1）在膨胀土路堑支挡结构工况下，通过在墙背与土体之间设置一定厚度的复合排水反滤垫层有明显的减载效果。 （2）膨胀土路堑支挡结构工况下复合排水反滤垫层的弹性工作范围可设定在0~100kPa之间，在考虑保证墙后土体不失稳破坏的前提下，最大程度发挥复合排水反滤垫层的减载效果的合理性能指标为：模量的适宜取值范围为 0.1MPa 左右，厚度的适宜取值范围为不宜超过10cm。 （3）结合反滤垫层材料经济性分析，膨胀土桩板墙工况用于产品选型的指标组合建议为：2cm+0.1MPa（减载率 52%）、4cm+0.15MPa（减载率 62%）；膨胀土重力式挡墙工况用于产品选型的指标组合建议为：2cm+0.05MPa（减载率26%）、4cm+0.1MPa（减载率28%），不同工况下的具体指标还应结合经济性分析综合确定。

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