第44卷增刊2011年
土木工程学报
CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL
Vol．442011
重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析
邹维列
1，2
冷建军
3
王协群
4
温家华
1
（1．武汉大学，湖北武汉430072；2．武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点实验室，湖北武汉430072；
3．TenaxCorporation，BaltimoreMD21205，USA；4．武汉理工大学，湖北武汉430070）
“先摘要：重力式加筋土挡墙是将传统重力挡墙和普通加筋土挡墙相结合的一种新型挡墙。采用FLAC程序，模拟浇筑重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序，在已完成一个典型重力式加筋土挡墙从墙后填土到墙顶和墙顶堆掌握其工作性状的基础上，进一步对重力挡墙刚度、墙后填土性质、加筋土工格栅载完成以后两个阶段数值模拟，
性质、加筋长度和间距等主要影响因素进行数值模拟分析，为设计参数的合理选择提供依据。关键词：重力式挡墙；加筋；设计参数；格栅拉应力；格栅拉应变；土压力中图分类号：TU472．3
文献标识码：A
131X（2011）S2-0023-06文章编号：1000-
Analysisfortheinfluenceofdesignparametersongeosynthetic-reinforced
soilretainingwallhavingagravityfacing
2
ZouWeilie1，
LengJianjun3WangXiequn4WenJiahua1
（1．WuhanUniversity，Wuhan430072，China；2．HubeiKeyLaboratoryofSecurityofGeotechnicalandStructuralEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China；
3．TenaxCorporation，BaltimoreMD21205，USA；4．WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China）Abstract：Geosynthetic-reinforcedsoilretainingwall（GRSRW）havingagravityfacing（GF）hasbeenappliedmoreandmoretothepracticalengineeringprojectsinrecentyears．Inthispaper，takingtheconstructionsequence（fillinggeosynthetic-reinforcedsoilaftertheconstructionofgravityretainingwall）intoaccount，atypicalGRSRW-GFismodeledusingFLAC2D．Onthebasisofthesimulationresults，theinfluenceofdesignparametersontheserviceperformancesofGRSRW-GFisanalyzed．Theconclusionsinthispapercanprovidesomeguidanceforrationallychoosingdesignparameters．
Keywords：gravityretainingwall；reinforcement；designparameters；geogridtensile；geogridtensilestrain；soilpressureE-mail：zwilliam@126．com
格栅/土工织物（其中大多数是土工格栅），使重力式
挡土墙与加筋土挡墙有机结合，发挥各自的优点。它与传统重力式挡墙的不同是明显的，同时也不同于普通加筋土挡墙：其墙体要承担土压力的作用，对填土的侧向约束作用也较大。而普通加筋土挡墙的墙面只起防护和美观作用，设计上并不承担（或仅部分承担）墙后土压力。
“极限平衡法”传统的简便实用，但无法评价筋材与土的应力、应变和挡墙结构的变形。因此，数值计算方法越来越多地被用于加筋土挡墙的工作性能分
［3-5］
。本文以作者之前已完成的模拟施工顺序为析
“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的重力式
［6］
格栅加筋土挡墙工作性能的数值模拟工作为基础，进一步对重力式格栅加筋挡墙的影响参数（包括挡墙刚度、填土性质、格栅性质、加筋长度与间距等）进行
引言
工程中采用的普通加筋挡土墙与传统的重力式
挡土墙是两种不同的挡土结构，且前者比后者的厚度。但与重要薄得多，被称为“轻型/柔性加筋土挡墙”力式挡墙相比，普通加筋土挡墙的变形不易控制，特别是对于墙顶超载较大的路堤挡墙。因此，近年来在
［1-2］
工程实践中出现了“重力式加筋土挡墙”（简记为GRSRW-GF），即在重力式挡墙墙后填土中铺设土工
51109171），《公路土基金项目：国家自然科学基金（50979080，交通部
工合成材料应用技术规范》修订专题研究项目和国家高技术研究发展计划（863）（2009AA11Z102）
作者简介：邹维列，博士，教授07-05收稿日期：2011-
·24·土木工程学报
表2
Table2
接触面的抗剪强度参数
2011年
［7］
数值模拟分析（采用FLAC有限差分程序，采用的模
6］），型详见文献［以对设计参数对重力式加筋土挡墙
Strengthparametersofthecontactfaces
黏聚力（kPa）
200
摩擦角（°）
331820
的工作性状的影响有一个比较系统的了解，并为设计
参数的合理选择提供依据。
接触面填土与地基土挡土墙与填土
1
1．1
设计参数的影响分析
计算模型与计算参数
挡土墙与地基土
表3
Table3
厚度（m）0．0025
土工格栅和索单元参数
Parametersofgeogridandcableelement
弹性模量（MPa）200
抗拉刚度
接触面摩
接触面黏聚力（kPa）
10
重力式加筋土挡墙典型算例的计算模型见图1（详情参见文献［6］），材料与接触面参数见表1～表3
。
抗拉强度（kN·m－1）
50
（kN·m－1）擦角（°）
500
30
以下仅选取墙顶堆载完成后的数值计算结果加
以分析。1．2
挡墙刚度的影响
8GPa和选用三种挡土墙弹性模量（E）：40GPa、
1．6GPa，其中E=40GPa为前述典型算例中所采用，系根据混凝土取值。表4总结了挡土墙刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响。
（1）当挡土墙弹性模量从40GPa降低到8GPa、1．6GPa时，挡土墙最大位移先是小幅降低（从
图1Fig．1表1Table1
重力式挡墙典型算例的计算模型ThecalculationmodelforGRSRW-GF地基土、墙后填土和挡墙的材料模型和参数Themodelsandparametersoffoundationsoil，
fillingandretainingwall
参数模型模量（MPa）黏聚力（kPa）内摩擦角（°）剪胀角（°）泊松比重度（kN/m3）
材料
地基土M-C60203600．322
墙后填土M-C3003300．319
0．325挡土墙刚性40000
108．0mm至92．8mm），然后小幅增加（到117．1mm）；
（2）与土工格栅降低挡土墙最大水平位移的加筋8GPa作用类似，随着挡土墙弹性模量减少（从40GPa、
到1．6GPa），墙后填土土压力总变化幅度很小（未加
350．2到350．3；筋挡土墙的填土土压力总和从351．1、
325．5到加筋挡土墙的填土土压力总和从325．7、
324．8）。即土工格栅降低墙后填土土压力的加筋作用的变化幅度也很小。
总而言之，由于重力式挡墙的厚度和侧向刚度都很大，在所选取的挡土墙模量范围内，挡土墙刚度对挡土墙的水平位移、墙后填土土压力和土工格栅的加筋作用的影响小。可见“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序并不可取，不能有效发挥筋材的加筋作用。
Table4
表4挡土墙刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influencesofwallrigidonmax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
挡土墙模量
接触面
E=40GPa未加筋
加筋54．449．6325．77．2
E=8GPa未加筋92．8—350．2—
加筋55．340．5325．57．1
E=1．6GPa未加筋117．1—350．3—
加筋61．647．4324．87．3
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m）土工格栅减少的填土土压力（%）
108．0—351．1—
第44卷增刊邹维列等·重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析·25·
1．3填土性质的影响
B和C），采用三种墙后填土材料（填土A、它们的
主要参数见表5。填土B（弹性模量=30MPa，摩擦角=33°）是典型算例中选用的填土材料；由于填土的性质对填土与挡土墙、地基土和土工格栅的接触面抗剪强度有影响，在参数分析中对接触面的抗剪强度也有相应的调整，见表6。
表5
Table5
材料填土A填土B填土C
三种墙后填土材料的主要参数
Primacyparametersofthreefillingsbehindwall
泊松比0．30．30．3
重度（kN·m－3）
191919
弹性模量黏聚力内摩擦角剪胀角（MPa）253035
（kPa）000
（°）313335
（°）000
表6
Table6
接触面的抗剪强度参数
Sheerstrengthparametersofthecontactfaces
强度参数
接触面
填土A填土B填土C
黏聚力内摩擦角黏聚力内摩擦角黏聚力内摩擦角（kPa）
填土与地基土填土与挡土墙填土与格栅
200
（°）311628
（kPa）200
（°）331830
（kPa）200
（°）352032
综合挡土墙水平位移（见图2）、挡土墙墙后填土土压力分布（见图3）和土工格栅最大拉力和最大拉应变沿深度的变化（见图4），可知：
（1）填土材料性质对挡土墙水平位移有显著的影响。挡土墙底部的水平位移变化小，约为12mm；挡土墙顶部位移随着填土材料的强度和弹性模量的增加明显减小。墙后填土土压力随着填土材料的强度和弹性模量的增加而减小，其减小的幅度低于挡土墙顶部位移减小的幅度。
（2）土工格栅减少挡土墙水平位移和墙后填土压力的作用大小，和填土材料相关。一般说来，填土的弹性模量和强度越低，土工格栅的贡献越大。其中挡土墙顶部的最大位移表现得尤为明显：采用弹性模量和强度较低的填土A时土工格栅减少62．7%的最大位移；采用弹性模量和强度较高的填土C时土工格栅仅仅减少24．5%的最大位移；填土B的弹性模量和强度介于两者之间，土工格栅减少49．6%的最大位移。土工格栅引起的墙后填土土压力减少比最大水平位
B、C三种情况分别为移的减少的程度要小，填土A、6．6%、7．2%和1．6%。具体数据见表7
。
（3）填土的弹性模量和强度越低，土工格栅内的
最大拉力和拉应变越高。从挡土墙深度方向看，在接墙顶高度的土工格栅内的最大拉力和拉应变比中部和底部的土工格栅要高。1．4
土工格栅性质的影响采用三种土工格栅，其中土工格栅2是典型算例中选用的加筋材料。表8显示了土工格栅的主要参数。鉴于重力式挡土墙中土工格栅的应力水平一般
一般采用土工格栅抗拉刚度（Jt）达不到其抗拉强度，
作为衡量土工格栅最重要的指标。这里土工格栅的抗
·26·
表7
Table7
土木工程学报2011年
填土性质对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceoffillingpropertiesonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementsandsoilpressures
填土类型
接触面
A：E=25MPa，=31°未加筋
加筋88．662．7358．46．6
B：E=30MPa，=33°未加筋108．0—351．1—
加筋54．449．6325．77．2
C：E=35MPa，=35°未加筋51．7—305．6—
加筋39．024．5300．81．6
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m）土工格栅减少的填土土压力（%）
237．6—383．8—
拉刚度是抗拉力和对应的拉应变的比值。土工格栅
1、2、3的抗拉刚度分别为Jt=250kN/m、500kN/m和1000kN/m。
表8
Table8
土工格栅类型土工格栅1土工格栅2土工格栅3
土工格栅的主要参数
Primacyparametersofgeogrids
抗拉强度（kN·m－1）
2550100
弹性模量（MPa）100200400
抗拉刚度（kN·m－1）
2505001000
厚度（m）0．00250．00250．0025
综合图5、图6和图7的挡土墙水平位移、墙后填土土压力分布和土工格栅最大拉力和最大拉应变沿深度的变化，土工格栅抗拉刚度的影响可以总结为：（1）挡墙位移随深度线性变化，这是与而柔性面的格栅加筋土挡墙明显不同的特点：后者位移沿其深度变化是非线性的
［8］
。换言之，重力式加筋土挡墙的
土压力计算不能采用柔性面格栅加筋土挡墙土压力
的计算方法。
挡土墙顶部位移随着土工格栅刚度的增加而减小，土工格栅对墙体平移（或者墙底的水平位移）基本其减少的挡土墙水平位移来自绕墙没影响（见图5），
底转动。土工格栅刚度减少挡土墙水平位移的作用与土工格栅的抗拉刚度不成正比，土工格栅导致的最大水平位移降低幅度要低于土工格栅的抗拉刚度增加的幅度（具体数据见表9）。
（2）挡土墙填土压力也是随着土工格栅刚度的增加而减小，但其减少的幅度比挡土墙最大水平位移减小的幅度要小（见图6）。
（3）土工格栅刚度越低，其最大拉应变值越高，而最大拉力值越低（见图7）。1．5加筋长度和间距的影响
9．0m和采用三种土工格栅长度（L=6．0m，
12．0m）和三种土工格栅竖向间隔（Sv=1．0m，0．5m和0．3m）。其中典型算例采用的土工格栅长度为L
=
第44卷增刊邹维列等·重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析·27·
9．0m，竖向间隔为Sv=0．5m。
（1）如表10和图8所示，当土工格栅长度由6．0m增至9．0m时，其加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）有显著增加；当土工格栅长度由9．0m增至12．0m时，土工格栅的加筋作用基本没有改变。由此可见土工格栅的加筋长度存在一个极限，超出这个极限增加加筋长度不会有更大效果。（2）如表11和图9所示，当土工格栅竖向间距从1．0m、0．5m减少至0．3m时，土工格栅的加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）均有
表9
Table9
增加。但这种加筋作用的增加与土工格栅的竖向间
距的减少（或者土工格栅加筋层的整体加筋刚度Sglobal的增加）不成正比（见图9），即土工格栅加筋作用的增加幅度要低于土工格栅竖向间距的减少的幅度。图9中土工格栅的整体加筋刚度Sglobal是参照B．R．Christopher等［9］提供的下述式（1）计算的：
n
Sglobal=
Ji/H∑i=1
（1）
式中：n为土工格栅层数；Ji为第i层土工格栅的刚度；
H为加筋土层的厚度。
土工格栅对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
土工格栅类型
Influenceofgeogridpropertiesonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
格栅1Jt=250kN/m
70．634．7332．45．3
格栅2Jt=500kN/m
54．449．6325．77．2
格栅3Jt=1000kN/m
45．058．3323．18．0
接触面
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
未加筋Jt=0kN/m108．00351．10
表10
Table10
挡墙最大水平位移和墙后填土压力随加筋长度的变化
Influenceofgeogridlengthonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
加筋长度类型
未加筋108．00351．10
L=6．0m58．246．1330．16．0
L=9．0m54．449．6325．77．2
L=12．0m54．649．4325．97．2
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
表11
Table11
挡墙最大水平位移和墙后填土压力随加筋间距的变化
Sv=1．0m45070．834．5333．74．9
Sv=0．5m95054．449．6325．77．2
Sv=0．3m165047．056．5323．77．
8
Influenceofgeogridspaceonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
加筋间距类型
未加筋0108．00351．10
土工格栅的整体抗拉刚度（kN·m－2）
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
（a）挡墙最大水平位移（b）墙后填土压力
图8
Fig．8
加筋长度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceofgeogridlengthonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
·28·土木工程学报2011年
（a）挡墙最大水平位移（b）墙后填土压力
图9
Fig．9
格栅整体抗拉刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceofgeogridglobaltensilerigidonthemax．horizontaldisplacementandsoilpressureofretainingwall
2结论
重力式加筋土挡墙是一种新型的刚性面挡墙，与
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传统的重力式挡墙和普通加筋土挡墙的工作性状都是不同的。为了获得设计参数对其工作性状的影响，“先浇筑完成重力挡墙，模拟后填筑墙后加筋土”的施
对挡土墙刚度、填土类型、土工格栅的类型、工顺序，
加筋长度与间距等影响因素进行了参数分析，可以得
到如下结论：
（1）挡土墙模量的变化对于挡土墙的水平位移、墙后填土土压力影响很小，对于土工格栅加筋作用的影响也很小。采用“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序并不可取，不能有效发挥筋材的加筋作用（作者的初步研究结果表明，采用日本RRR工法（先填筑加筋土，后浇筑全高刚性面的加筋土挡墙究）。
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）更具优越性，后续工作拟进行深入研
（2）随着填土材料的强度和弹性模量的增加，挡
土墙顶部位移减小，同时墙后填土压力也有减小。一般说来，填土的弹性模量和强度越低，土工格栅的贡
土工格栅内的献越大。填土的弹性模量和强度越低，
最大拉力和拉应变越高。
（3）土工格栅的加筋长度存在一个极限，超出这个极限增加加筋长度不会有更大效果。在本算例条件下，最佳格栅长度为0．6～0．9H（H为墙高）。（4）随着土工格栅竖向间距的减少，土工格栅的加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）均有增加。但土工格栅加筋作用的增加幅度要低于土工格栅竖向间距的减少（或者土工格栅的整体加筋刚度的增加）的幅度。因此过小的格栅间距是不经济的。
（下转第64页）
·64·土木工程学报
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），唐晓松（1979-男，博士，讲师。主要从事岩土工程稳定性分析及其数值模拟的研究。），郑颖人（1933-男，中国工程院院士，教授。主要从事岩土工程方面的研究。），王永甫（1982-男，硕士，讲师。主要从事岩土工程方面的研究。
（上接第28页）
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），王协群（1971-女，博士，副教授。主要从事土工合成材料应用、非饱和土特性等方面的研究。），温家华（1985-男，硕士研究生。主要从事土工合成材料应用等方面的研究。
第44卷增刊2011年
土木工程学报
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Vol．442011
重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析
邹维列
1，2
冷建军
3
王协群
4
温家华
1
（1．武汉大学，湖北武汉430072；2．武汉大学岩土与结构工程安全湖北省重点实验室，湖北武汉430072；
3．TenaxCorporation，BaltimoreMD21205，USA；4．武汉理工大学，湖北武汉430070）
“先摘要：重力式加筋土挡墙是将传统重力挡墙和普通加筋土挡墙相结合的一种新型挡墙。采用FLAC程序，模拟浇筑重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序，在已完成一个典型重力式加筋土挡墙从墙后填土到墙顶和墙顶堆掌握其工作性状的基础上，进一步对重力挡墙刚度、墙后填土性质、加筋土工格栅载完成以后两个阶段数值模拟，
性质、加筋长度和间距等主要影响因素进行数值模拟分析，为设计参数的合理选择提供依据。关键词：重力式挡墙；加筋；设计参数；格栅拉应力；格栅拉应变；土压力中图分类号：TU472．3
文献标识码：A
131X（2011）S2-0023-06文章编号：1000-
Analysisfortheinfluenceofdesignparametersongeosynthetic-reinforced
soilretainingwallhavingagravityfacing
2
ZouWeilie1，
LengJianjun3WangXiequn4WenJiahua1
（1．WuhanUniversity，Wuhan430072，China；2．HubeiKeyLaboratoryofSecurityofGeotechnicalandStructuralEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China；
3．TenaxCorporation，BaltimoreMD21205，USA；4．WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China）Abstract：Geosynthetic-reinforcedsoilretainingwall（GRSRW）havingagravityfacing（GF）hasbeenappliedmoreandmoretothepracticalengineeringprojectsinrecentyears．Inthispaper，takingtheconstructionsequence（fillinggeosynthetic-reinforcedsoilaftertheconstructionofgravityretainingwall）intoaccount，atypicalGRSRW-GFismodeledusingFLAC2D．Onthebasisofthesimulationresults，theinfluenceofdesignparametersontheserviceperformancesofGRSRW-GFisanalyzed．Theconclusionsinthispapercanprovidesomeguidanceforrationallychoosingdesignparameters．
Keywords：gravityretainingwall；reinforcement；designparameters；geogridtensile；geogridtensilestrain；soilpressureE-mail：zwilliam@126．com
格栅/土工织物（其中大多数是土工格栅），使重力式
挡土墙与加筋土挡墙有机结合，发挥各自的优点。它与传统重力式挡墙的不同是明显的，同时也不同于普通加筋土挡墙：其墙体要承担土压力的作用，对填土的侧向约束作用也较大。而普通加筋土挡墙的墙面只起防护和美观作用，设计上并不承担（或仅部分承担）墙后土压力。
“极限平衡法”传统的简便实用，但无法评价筋材与土的应力、应变和挡墙结构的变形。因此，数值计算方法越来越多地被用于加筋土挡墙的工作性能分
［3-5］
。本文以作者之前已完成的模拟施工顺序为析
“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的重力式
［6］
格栅加筋土挡墙工作性能的数值模拟工作为基础，进一步对重力式格栅加筋挡墙的影响参数（包括挡墙刚度、填土性质、格栅性质、加筋长度与间距等）进行
引言
工程中采用的普通加筋挡土墙与传统的重力式
挡土墙是两种不同的挡土结构，且前者比后者的厚度。但与重要薄得多，被称为“轻型/柔性加筋土挡墙”力式挡墙相比，普通加筋土挡墙的变形不易控制，特别是对于墙顶超载较大的路堤挡墙。因此，近年来在
［1-2］
工程实践中出现了“重力式加筋土挡墙”（简记为GRSRW-GF），即在重力式挡墙墙后填土中铺设土工
51109171），《公路土基金项目：国家自然科学基金（50979080，交通部
工合成材料应用技术规范》修订专题研究项目和国家高技术研究发展计划（863）（2009AA11Z102）
作者简介：邹维列，博士，教授07-05收稿日期：2011-
·24·土木工程学报
表2
Table2
接触面的抗剪强度参数
2011年
［7］
数值模拟分析（采用FLAC有限差分程序，采用的模
6］），型详见文献［以对设计参数对重力式加筋土挡墙
Strengthparametersofthecontactfaces
黏聚力（kPa）
200
摩擦角（°）
331820
的工作性状的影响有一个比较系统的了解，并为设计
参数的合理选择提供依据。
接触面填土与地基土挡土墙与填土
1
1．1
设计参数的影响分析
计算模型与计算参数
挡土墙与地基土
表3
Table3
厚度（m）0．0025
土工格栅和索单元参数
Parametersofgeogridandcableelement
弹性模量（MPa）200
抗拉刚度
接触面摩
接触面黏聚力（kPa）
10
重力式加筋土挡墙典型算例的计算模型见图1（详情参见文献［6］），材料与接触面参数见表1～表3
。
抗拉强度（kN·m－1）
50
（kN·m－1）擦角（°）
500
30
以下仅选取墙顶堆载完成后的数值计算结果加
以分析。1．2
挡墙刚度的影响
8GPa和选用三种挡土墙弹性模量（E）：40GPa、
1．6GPa，其中E=40GPa为前述典型算例中所采用，系根据混凝土取值。表4总结了挡土墙刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响。
（1）当挡土墙弹性模量从40GPa降低到8GPa、1．6GPa时，挡土墙最大位移先是小幅降低（从
图1Fig．1表1Table1
重力式挡墙典型算例的计算模型ThecalculationmodelforGRSRW-GF地基土、墙后填土和挡墙的材料模型和参数Themodelsandparametersoffoundationsoil，
fillingandretainingwall
参数模型模量（MPa）黏聚力（kPa）内摩擦角（°）剪胀角（°）泊松比重度（kN/m3）
材料
地基土M-C60203600．322
墙后填土M-C3003300．319
0．325挡土墙刚性40000
108．0mm至92．8mm），然后小幅增加（到117．1mm）；
（2）与土工格栅降低挡土墙最大水平位移的加筋8GPa作用类似，随着挡土墙弹性模量减少（从40GPa、
到1．6GPa），墙后填土土压力总变化幅度很小（未加
350．2到350．3；筋挡土墙的填土土压力总和从351．1、
325．5到加筋挡土墙的填土土压力总和从325．7、
324．8）。即土工格栅降低墙后填土土压力的加筋作用的变化幅度也很小。
总而言之，由于重力式挡墙的厚度和侧向刚度都很大，在所选取的挡土墙模量范围内，挡土墙刚度对挡土墙的水平位移、墙后填土土压力和土工格栅的加筋作用的影响小。可见“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序并不可取，不能有效发挥筋材的加筋作用。
Table4
表4挡土墙刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influencesofwallrigidonmax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
挡土墙模量
接触面
E=40GPa未加筋
加筋54．449．6325．77．2
E=8GPa未加筋92．8—350．2—
加筋55．340．5325．57．1
E=1．6GPa未加筋117．1—350．3—
加筋61．647．4324．87．3
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m）土工格栅减少的填土土压力（%）
108．0—351．1—
第44卷增刊邹维列等·重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析·25·
1．3填土性质的影响
B和C），采用三种墙后填土材料（填土A、它们的
主要参数见表5。填土B（弹性模量=30MPa，摩擦角=33°）是典型算例中选用的填土材料；由于填土的性质对填土与挡土墙、地基土和土工格栅的接触面抗剪强度有影响，在参数分析中对接触面的抗剪强度也有相应的调整，见表6。
表5
Table5
材料填土A填土B填土C
三种墙后填土材料的主要参数
Primacyparametersofthreefillingsbehindwall
泊松比0．30．30．3
重度（kN·m－3）
191919
弹性模量黏聚力内摩擦角剪胀角（MPa）253035
（kPa）000
（°）313335
（°）000
表6
Table6
接触面的抗剪强度参数
Sheerstrengthparametersofthecontactfaces
强度参数
接触面
填土A填土B填土C
黏聚力内摩擦角黏聚力内摩擦角黏聚力内摩擦角（kPa）
填土与地基土填土与挡土墙填土与格栅
200
（°）311628
（kPa）200
（°）331830
（kPa）200
（°）352032
综合挡土墙水平位移（见图2）、挡土墙墙后填土土压力分布（见图3）和土工格栅最大拉力和最大拉应变沿深度的变化（见图4），可知：
（1）填土材料性质对挡土墙水平位移有显著的影响。挡土墙底部的水平位移变化小，约为12mm；挡土墙顶部位移随着填土材料的强度和弹性模量的增加明显减小。墙后填土土压力随着填土材料的强度和弹性模量的增加而减小，其减小的幅度低于挡土墙顶部位移减小的幅度。
（2）土工格栅减少挡土墙水平位移和墙后填土压力的作用大小，和填土材料相关。一般说来，填土的弹性模量和强度越低，土工格栅的贡献越大。其中挡土墙顶部的最大位移表现得尤为明显：采用弹性模量和强度较低的填土A时土工格栅减少62．7%的最大位移；采用弹性模量和强度较高的填土C时土工格栅仅仅减少24．5%的最大位移；填土B的弹性模量和强度介于两者之间，土工格栅减少49．6%的最大位移。土工格栅引起的墙后填土土压力减少比最大水平位
B、C三种情况分别为移的减少的程度要小，填土A、6．6%、7．2%和1．6%。具体数据见表7
。
（3）填土的弹性模量和强度越低，土工格栅内的
最大拉力和拉应变越高。从挡土墙深度方向看，在接墙顶高度的土工格栅内的最大拉力和拉应变比中部和底部的土工格栅要高。1．4
土工格栅性质的影响采用三种土工格栅，其中土工格栅2是典型算例中选用的加筋材料。表8显示了土工格栅的主要参数。鉴于重力式挡土墙中土工格栅的应力水平一般
一般采用土工格栅抗拉刚度（Jt）达不到其抗拉强度，
作为衡量土工格栅最重要的指标。这里土工格栅的抗
·26·
表7
Table7
土木工程学报2011年
填土性质对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceoffillingpropertiesonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementsandsoilpressures
填土类型
接触面
A：E=25MPa，=31°未加筋
加筋88．662．7358．46．6
B：E=30MPa，=33°未加筋108．0—351．1—
加筋54．449．6325．77．2
C：E=35MPa，=35°未加筋51．7—305．6—
加筋39．024．5300．81．6
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m）土工格栅减少的填土土压力（%）
237．6—383．8—
拉刚度是抗拉力和对应的拉应变的比值。土工格栅
1、2、3的抗拉刚度分别为Jt=250kN/m、500kN/m和1000kN/m。
表8
Table8
土工格栅类型土工格栅1土工格栅2土工格栅3
土工格栅的主要参数
Primacyparametersofgeogrids
抗拉强度（kN·m－1）
2550100
弹性模量（MPa）100200400
抗拉刚度（kN·m－1）
2505001000
厚度（m）0．00250．00250．0025
综合图5、图6和图7的挡土墙水平位移、墙后填土土压力分布和土工格栅最大拉力和最大拉应变沿深度的变化，土工格栅抗拉刚度的影响可以总结为：（1）挡墙位移随深度线性变化，这是与而柔性面的格栅加筋土挡墙明显不同的特点：后者位移沿其深度变化是非线性的
［8］
。换言之，重力式加筋土挡墙的
土压力计算不能采用柔性面格栅加筋土挡墙土压力
的计算方法。
挡土墙顶部位移随着土工格栅刚度的增加而减小，土工格栅对墙体平移（或者墙底的水平位移）基本其减少的挡土墙水平位移来自绕墙没影响（见图5），
底转动。土工格栅刚度减少挡土墙水平位移的作用与土工格栅的抗拉刚度不成正比，土工格栅导致的最大水平位移降低幅度要低于土工格栅的抗拉刚度增加的幅度（具体数据见表9）。
（2）挡土墙填土压力也是随着土工格栅刚度的增加而减小，但其减少的幅度比挡土墙最大水平位移减小的幅度要小（见图6）。
（3）土工格栅刚度越低，其最大拉应变值越高，而最大拉力值越低（见图7）。1．5加筋长度和间距的影响
9．0m和采用三种土工格栅长度（L=6．0m，
12．0m）和三种土工格栅竖向间隔（Sv=1．0m，0．5m和0．3m）。其中典型算例采用的土工格栅长度为L
=
第44卷增刊邹维列等·重力式加筋土挡墙设计参数的影响分析·27·
9．0m，竖向间隔为Sv=0．5m。
（1）如表10和图8所示，当土工格栅长度由6．0m增至9．0m时，其加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）有显著增加；当土工格栅长度由9．0m增至12．0m时，土工格栅的加筋作用基本没有改变。由此可见土工格栅的加筋长度存在一个极限，超出这个极限增加加筋长度不会有更大效果。（2）如表11和图9所示，当土工格栅竖向间距从1．0m、0．5m减少至0．3m时，土工格栅的加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）均有
表9
Table9
增加。但这种加筋作用的增加与土工格栅的竖向间
距的减少（或者土工格栅加筋层的整体加筋刚度Sglobal的增加）不成正比（见图9），即土工格栅加筋作用的增加幅度要低于土工格栅竖向间距的减少的幅度。图9中土工格栅的整体加筋刚度Sglobal是参照B．R．Christopher等［9］提供的下述式（1）计算的：
n
Sglobal=
Ji/H∑i=1
（1）
式中：n为土工格栅层数；Ji为第i层土工格栅的刚度；
H为加筋土层的厚度。
土工格栅对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
土工格栅类型
Influenceofgeogridpropertiesonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
格栅1Jt=250kN/m
70．634．7332．45．3
格栅2Jt=500kN/m
54．449．6325．77．2
格栅3Jt=1000kN/m
45．058．3323．18．0
接触面
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
未加筋Jt=0kN/m108．00351．10
表10
Table10
挡墙最大水平位移和墙后填土压力随加筋长度的变化
Influenceofgeogridlengthonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
加筋长度类型
未加筋108．00351．10
L=6．0m58．246．1330．16．0
L=9．0m54．449．6325．77．2
L=12．0m54．649．4325．97．2
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
表11
Table11
挡墙最大水平位移和墙后填土压力随加筋间距的变化
Sv=1．0m45070．834．5333．74．9
Sv=0．5m95054．449．6325．77．2
Sv=0．3m165047．056．5323．77．
8
Influenceofgeogridspaceonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
加筋间距类型
未加筋0108．00351．10
土工格栅的整体抗拉刚度（kN·m－2）
挡土墙最大水平位移（mm）土工格栅减少的最大水平位移（%）墙后填土土压力总和（kN·m－1）土工格栅减少的填土土压力（%）
（a）挡墙最大水平位移（b）墙后填土压力
图8
Fig．8
加筋长度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceofgeogridlengthonthemax．retainingwallhorizontaldisplacementandsoilpressure
·28·土木工程学报2011年
（a）挡墙最大水平位移（b）墙后填土压力
图9
Fig．9
格栅整体抗拉刚度对挡土墙最大水平位移和墙后填土土压力的影响
Influenceofgeogridglobaltensilerigidonthemax．horizontaldisplacementandsoilpressureofretainingwall
2结论
重力式加筋土挡墙是一种新型的刚性面挡墙，与
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传统的重力式挡墙和普通加筋土挡墙的工作性状都是不同的。为了获得设计参数对其工作性状的影响，“先浇筑完成重力挡墙，模拟后填筑墙后加筋土”的施
对挡土墙刚度、填土类型、土工格栅的类型、工顺序，
加筋长度与间距等影响因素进行了参数分析，可以得
到如下结论：
（1）挡土墙模量的变化对于挡土墙的水平位移、墙后填土土压力影响很小，对于土工格栅加筋作用的影响也很小。采用“先浇筑完成重力挡墙，后填筑墙后加筋土”的施工顺序并不可取，不能有效发挥筋材的加筋作用（作者的初步研究结果表明，采用日本RRR工法（先填筑加筋土，后浇筑全高刚性面的加筋土挡墙究）。
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）更具优越性，后续工作拟进行深入研
（2）随着填土材料的强度和弹性模量的增加，挡
土墙顶部位移减小，同时墙后填土压力也有减小。一般说来，填土的弹性模量和强度越低，土工格栅的贡
土工格栅内的献越大。填土的弹性模量和强度越低，
最大拉力和拉应变越高。
（3）土工格栅的加筋长度存在一个极限，超出这个极限增加加筋长度不会有更大效果。在本算例条件下，最佳格栅长度为0．6～0．9H（H为墙高）。（4）随着土工格栅竖向间距的减少，土工格栅的加筋作用（减少挡土墙最大水平位移和减少墙后填土土压力）均有增加。但土工格栅加筋作用的增加幅度要低于土工格栅竖向间距的减少（或者土工格栅的整体加筋刚度的增加）的幅度。因此过小的格栅间距是不经济的。
（下转第64页）
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（上接第28页）
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