王仕康 鲍锡刚 徐瑞卿 皇甫仪柱 夏奕舟 鲁德建

中国十七冶集团有限公司 安徽 马鞍山 243000

关于对扶壁式挡土墙的研究：井玉国[1]从挡土墙高度的角度，验证了超高型钢筋混凝土扶壁式挡土墙在工程应用中的可行性；梅世江[2]研究得出扶壁式挡土墙在侧向压力作用下反倾覆的主要原因为墙踵板与桩的弯曲变形；Davies等[3]建立了高扶壁式挡土墙的有限元模型并对其稳定性做出了评价，结果表明Newmark滑块分析模型对挡土墙的抗震设计具有一定的参考价值；王元战等[4]求得了在挡土墙绕地基转动时，土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式；顾长存等[5]指出当挡土墙墙体绕基础转动或绕墙顶转动时，被动土压力的强度呈曲线分布，并对2种转动模式下的合力作用点进行了比较；Paik[6]、Thomas[7]、Shubhra[8]给出了在土拱效应影响下，挡土墙在进行平动时的侧压力系数及土压力强度的计算方法；张永兴等[9]分析了墙土摩擦角和填土摩擦角对土侧压力系数、水平摩擦因数、土压力强度、土压力合力、合力作用点的影响；王仕传等[10]提出了一种改进主动土压力的分析方法，此方法能反映挡土墙变位模式和位移大小的影响。

本文通过建立室内试验模型，来研究扶壁式挡土墙在不同厚度覆土作用下的土压力分布规律和墙体的应变分布规律，绘制土压力分布曲线和墙体应变曲线。

1 试验内容

1.1 挡土墙模型

挡土墙模型（图1）尺寸为：墙面板高100 cm，宽60 cm；墙踵板为边长60 cm的正方形；扶壁为直角梯形，上底为10 cm，下底为50 cm，高为97.5 cm；墙面板、墙踵板和扶壁的厚度均为2.5 cm。

图1 扶壁式挡土墙(单位:cm)

1.2 监测传感器

1）土压力盒。试验所使用的土压力盒为电阻式土压力盒，该设备直径为2.6 cm，采用应变仪进行数据采集。

2）光纤传感器。室内试验使用φ0.9 mm的标准单模光纤，并用分布式光纤温度应变监测系统DiTeSt STA-R型调制解调仪进行数据采集。

1.3 试验方案

1）将土压力盒从1～12进行编号，并将其埋设于设计部位（图2）。

2）垂直于扶壁所在平面方向，沿着墙踵板和扶壁布设光纤，2块扶壁的内外侧光纤分别命名为f1、f2和f3、f4；在2块扶壁的中线位置，沿着墙踵板和墙面板的内侧布设光纤，分别命名为f5和f6（图3）。

3）分别在扶壁式挡土墙后填厚度为20、40、60、80、100 cm的土，填满后在挡土墙的顶部施加0.5 kN和1 kN的荷载，监测出各不同厚度填土以及附加荷载作用下，土压力盒和光纤传感器的数据。

图2 土压力盒布设位置示意

图3 光纤布设示意

2 试验数据分析

2.1 土压力数据分析

2.1.1 墙踵板土压力变化规律

据李文明介绍，他是湖南南县人，做蔬菜批发生意有20多年，原来一直在马王堆蔬菜批发市场做生意，2016年迁来此地，经营着2个门面，年批发蔬菜量可达3.6万吨，2017年实现销售收入2亿元，有近30名员工正在他的蔬菜经营部里忙前忙后。

从墙踵板土压力变化趋势（图4）可看出，随着覆土厚度的增加，土压力值的变化趋势比较相似且都呈现出类似对数函数曲线形式增长；其中7号土压力盒的测得值最大，8号土压力盒的测得值最小，由于6号土压力盒比7号更靠近墙面板，填土受到来自于墙面板的摩擦力更大，从而减小了垂直土压力值；8号土压力盒相比7号距离扶壁较近，受到扶壁摩擦力的影响更大，进而其值较小，表明靠近挡土墙结构构件越近，填土受到摩擦力的影响越明显，墙踵板垂直土压力值越小。

图4 墙踵板土压力变化趋势

2.1.2 扶壁土压力变化规律

9号、10号土压力盒位于扶壁的内侧，11号、12号土压力盒位于扶壁的外侧，从所测得的土压力变化趋势（图5、图6）可看出，扶壁内侧的侧向土压力值随着覆土厚度的增加呈对数函数曲线形式增长；扶壁外侧的侧向土压力值随着覆土厚度的增加，呈类似于指数函数曲线形式增长。位于扶壁下部的侧向土压力值大于上部。

图5 扶壁1内侧土压力变化趋势

图6 扶壁2外侧土压力变化趋势

2.1.3 墙面板土压力变化规律

在墙面板内侧沿着高度方向布设了1号、2号、3号土压力盒，从土压力变化趋势（图7）可看出，当填土厚度大于60 cm时，他们都受到了填土的作用，3号土压力盒的土压力值最大，1号土压力盒的土压力值最小；表明越靠近墙面板的下部，填土的压实度越良好，墙面板的侧向土压力越大。距离墙踵板相同高度的水平方向上布设了2号、4号、5号土压力盒，从土压力变化趋势（图8）可看出，随着荷载的增加土压力盒测得的土压力值也增大，并且土压力值和荷载呈现出线性关系；其中2号土压力盒的侧向土压力值最大，4号和5号土压力盒对称分布于2号的两侧，比2号土压力盒距离扶壁更近，受到扶壁摩擦力的影响较大，因此测得的侧向土压力值相比较2号更小。

图7 墙面板垂直方向土压力变化趋势

图8 墙面板水平方向土 压力变化趋势

2.1.4 等高度不同部位侧向土压力变化规律

2号、9号、11号土压力盒分别位于挡土墙的不同位置，距离墙踵板的高度均为40 cm。从土压力变化趋势（图9）可看出，11号土压力盒的侧向土压力值最小，9号土压力盒的侧向压力值最大；表明同高度同荷载情况下，扶壁内侧的侧向土压力值最大，扶壁外侧的侧向土压力最小。

2.2 挡土墙应变分析

两扶壁中线位置墙面板上光纤f6的监测方向为从墙面板顶部到底部。从墙面板上应变随着覆土厚度增加的变化趋势（图10）可看出，墙面板出现了正应变，表明墙面板内侧出现了拉伸作用，墙面板有远离土体方向移动的趋势。应变总体变化趋势为：在不同厚度的覆土作用下，墙面板的应变沿着监测方向，呈现出逐渐变大再变小的趋势，且有应变波峰的出现。覆土厚度的不同，应变波峰出现的位置也不一样，大体表现为覆土厚度越小，应变峰值位置离墙面板底部越近。

图9 不同位置同等高度土压力变化趋势

图10 墙面板应变变化趋势

2.2.2 扶壁应变分析

1）扶壁1外侧光纤f1的监测方向为从扶壁底部到顶部。从应变变化趋势〔图11（a）〕可看出，当覆土厚度为20 cm时，光纤上各点的应变值很小且接近于0；当覆土厚度为40、60、80 cm时，光纤所测得的应变沿扶壁高度方向分布都比较均匀；当覆土厚度为100 cm以及处于加载阶段时，扶壁高度方向的应变变化趋势比较一致，且在沿扶壁高度约0.8 m处有应变波峰。

2）扶壁1内侧光纤f2的监测方向为从扶壁的底部到顶部，从应变变化趋势〔图11（b）〕可看出，当覆土厚度≤80 cm时，光纤f2沿着监测方向的应变值逐渐变大，最大值位于扶壁的顶部；当覆土厚度为100 cm以及受到附加荷载的作用时，光纤f2沿着监测方向的应变曲线呈现出一定的规律性，且在监测长度约0.8 m处出现了应变峰值。

3）扶壁2内侧f3光纤的监测方向为从扶壁的底部到顶部，从应变变化趋势〔图11（c）〕可看出，当填土厚度≤40 cm时，光纤f3基本没有发生应变变化，应变值接近于0；当覆土厚度为60 cm和80 cm时，监测长度约为0.8 m的位置出现了应变波峰；当填土厚度为100 cm以及处于加载阶段时，应变的最大值位于扶壁的顶端。

4）扶壁2外侧f4光纤的监测方向为从扶壁的底部到顶部，从应变变化趋势〔图11（d）〕可看出，在不同厚度覆土作用下，光纤f4测得的应变值较小，接近于0；当覆土厚度逐渐变大时，监测长度在0～0.8 m的范围内，光纤的负应变值随之变大，表明扶壁2具有背离扶壁1运动的趋势，且随着荷载的加大，这种运动趋势越明显。

图11 光纤应变变化趋势

3 结语

本文通过建立室内扶壁式挡土墙模型，对墙体各部位的土压力和应变数据进行了监测，分析结果如下：

1）随着覆土厚度的增加，墙踵板垂直土压力和扶壁内侧的侧向土压力呈对数函数曲线形式增长，扶壁外侧的侧向土压力呈指数曲线形式增长。

2）随着覆土厚度的增加，墙面板水平方向的侧向土压力呈线性增大；垂直方向上，越靠近墙面板的底部，侧向土压力越大。

3）距离墙踵板同样高度时，扶壁内侧的侧向土压力最大，墙面板侧向土压力次之，扶壁外侧的侧向土压力最小。

4）随着覆土厚度的增加，墙面板的应变值随之变大，且在沿墙面板高度方向有应变波峰，峰值的位置跟覆土厚度有关，厚度越大，波峰距离墙面板底部的距离越大；扶壁沿高度方向的应变随覆土厚度的变大而变大，在高度方向约0.8 m处有应变波峰，且扶壁有相互背离的运动趋势。