APP下载

滚石防护加筋土挡墙研究综述*

2020-07-07陈福全刘斯航张智超李大勇

工程地质学报 2020年3期
关键词:滚石落石挡墙

陈福全 刘斯航 张智超 李大勇

(①福州大学土木工程学院,福州 350116,中国) (②国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室,福州 350002,中国)

0 引 言

落石是山区常见的自然危害。落石灾害给诸如公路、铁路等处于山坡地带的基础设施带来安全隐患,有时还会造成人员伤亡。例如,2015年4月22日,湖北省兴山县发生落石事故,一块约7m3的落石砸中山体下方的一座工棚,该事件致5人死亡、2人受伤。如何针对落石问题提供合理的防护工程措施,已成为相关科研工作者和工程技术人员的研究问题(Volkwein et al.,2011)。落石防护措施包括预防岩块从山体上脱落(主动防护)和在岩块滚落过程中将其拦截或疏导(被动防护)。最主要的拦截措施有截石沟、滚石防护屏障和滚石防护挡墙(张路青,2003;张中俭等,2007;Vogel et al.,2009)。

滚石防护挡墙是竖直建造于斜坡上的大型土方工程,通常用于拦截大体积或高速滚落的山坡落石,能有效拦截具有高冲击动能的岩块滚落。对比滚石防护屏障,防护挡墙的优点在于能承受极高的冲击动能,所能承受的最大抗冲击能力高于屏障,受撞击后结构破坏程度低,维修成本低,使用寿命长(Cerro et al.,2016)。

表 1 已有挡墙类型总汇Table1 Summary of existing embankment types

地点示意图类型缓冲层挡墙材料瓦雷泽-意大利夯实土瓦莱达奥斯塔-意大利石块乌迪内-意大利 石笼网夯实土法国石笼瑞士木材、钢筋加固的夯实土日本 沙袋土工布或土工格室加筋的夯实土瓦莱达奥斯塔-意大利 土工布、土工格栅或金属网加筋的夯实土法国 石笼土工格栅加筋的夯实土

如今,人们已设计出各种不同类型的防护挡墙。表 1罗列了世界范围内所使用的具有代表性的挡墙,使用最广泛的是加筋土挡墙。加筋土挡墙主要由夯实的天然砂土建造而成,利用土工合成材料等加筋材料进行加固,加筋材料可以显著提高结构的稳定性(陈建峰等,2012;Heerten et al.,2013;王睿等,2016)。有些设计中还会在防护挡墙受撞击面安置缓冲垫层进行保护。

然而,由于加筋土防护挡墙受撞击后墙体变形大且不可逆、加筋土体应力-应变性状非线性、土体与加筋材料接触界面特性和它们之间相互作用机制的复杂性,在冲击载荷作用下的加筋土防护挡墙设计是非常复杂的。落石灾害的问题在国内研究时间较短,常是将其作为边坡治理的附加研究,有关其防护措施的研究相对较少(张路青,2003;崔喆等,2018)。国内关于滚石防护加筋土挡墙的理论研究滞后于工程应用。通过总结国内外已有文献和试验的研究成果,重点阐述受滚石撞击的加筋土挡墙结构响应机理与主要设计原则,指出目前滚石防治的加筋土挡墙研究与设计的不足点,为今后研究提供参考。

1 研究概况

1.1 试验研究

加筋土防护挡墙作为较大型基础设施结构,需要足够的建造空间。近年来,为验证加筋土挡墙能够成功拦截大体积或高速滚动的岩块下落,科研人员对此进行了许多研究。第1次滚石防护加筋挡墙足尺试验是由Hearn et al. (1995)完成的。试验结构为两面无纺土工布加筋的立面挡墙。挡墙长24m,高度分别为3.1m和3.7m,厚度分别为1.8m和2.4m。试验结果是加筋防护墙成功拦截滚石,墙体结构并未发生致命破坏。通过试验可以明确观察到,受滚石撞击后挡墙背面(撞击面)形成一个坑洞,挡墙正面凸出,其凸出变形值随其厚度的增加而减小。面对动能为1410kJ的滚石冲击,两例防护挡墙的最大正面凸出变形分别为0.756m和0.336m。Peila et al. (2007)进行了传统加筋土防护挡墙足尺试验,试验结构如图 1a所示。试验证实,加筋土挡墙能承受高冲击动能的滚石多次撞击,结果如表 2所示。Peila et al. (2007)采用高塑性黏土建造挡墙进行试验对比。在略微增大结构几何尺寸条件下(图 1b),挡墙成功拦截相同冲击动能滚石撞击。试验表明了采用黏土建造防护挡墙的可行性。Brandl(2011)根据1︰50的小比例模型试验分析了土工布对滚石防护结构的加筋作用。分别对土工布加筋防护挡墙和无加筋防护挡墙进行试验,表明使用土工合成材料加筋能够显著提高挡墙的承载力。

图 1 Peila试验结构示意图Fig. 1 Reinforced embankment tested by Peilaa. 砂土试验挡墙;b. 黏土试验挡墙

表 2 部分试验数据总汇Table2 Summary of some experimental data

作者类型高度/m厚度(上底/下底)/m冲击能量/kJ变形正面/m背面(撞击面)/mPeila et al. (2007)加筋土挡墙4.20.9/5.025000.170.604.20.9/5.041800.800.95未加筋挡墙4.20.9/5.04180破坏破坏Yoshida(1999)附有沙袋垫层加筋土挡墙4.03.3/5.39700.000.224.03.3/5.320000.094.03.3/5.327000.50Maegawa et al. (2011b)附有土工格室垫层加筋土挡墙4.22.2/4.312430.271.564.23.0/5.115670.091.444.22.2/4.320370.241.73

图 2 沙袋垫层加筋土挡墙示意图Fig. 2 Reinforced soil embankment by two layers of sand bags

日本学者提出了带有受撞击面层的加筋土防护挡墙设计方案(图 2)。Obata et al. (1998),Yoshida(1999)在加筋土挡墙背面附上两道沙袋垫层,使滚石撞击至面层上,利用沙袋作为缓冲层,吸收滚石对加筋土防护挡墙墙体的冲击能量。试验中滚石对挡墙的冲击能量为58~2700kJ。试验结果证明,该结构能有效拦截高冲击动能滚石,冲击能量在2000kJ以下时加筋土防护挡墙受滚石冲击后产生的变形较小(表 2)。Maegawa et al. (2011a)对土工格室作为缓冲垫层的加筋土挡墙进行足尺试验,分析缓冲垫层对挡墙拦截效能的影响。通过缓冲垫层厚度、挡墙受到的最大冲击力和滚石穿透度等参数的比较分析,表明缓冲层能够有效耗散部分的滚石冲击动能,减少挡墙受撞击后产生的变形。

图 3 格宾加筋土挡墙示意图Fig. 3 Schematic diagram of gabion-reinforced soil embankment

近年来,在带防撞面层加筋土挡墙的基础上发展出一种新型格宾滚石防护加筋结构(图 3)。该复合结构采用石笼作为缓冲垫层,石笼内填充不同的材料。其目的是利用填充材料的力学特性将滚石的冲击动能转化为应变能,增加应力扩散,减小结构内应力传递,使大部分能量耗散在石笼中,从而减小滚石对挡墙的冲击能量。此类结构相比于传统加筋土挡墙占地面积更小,易于修复。不同的填充材料具有不同的力学特性。为研究格宾加筋土挡墙填充材料的最佳选择,Lambert et al. (2009)对此类结构进行了足尺试验,对不同填充材料与边界条件的土工格室面层进行冲击响应性状研究。通过对撞击过程中滚石冲击力、受滚石撞击作用下格室传递至基座的作用力等参数的记录分析,发现采用粗颗粒(碎石)作为填充材料,允许侧向变形的土工格室作为防护结构的前置面层(受撞击层)能极大程度上将冲击动能转化为变形能,有效吸收滚石对防护结构的冲击能量。Lambert et al. (2009)研究对象是结构的单个格室,无法考虑结构整体内应力扩散这一因素。Heymann et al. (2010)对格宾加筋土挡墙进行了1︰2比例模型试验,评估砂石、砂石-轮胎碎屑混合物、碎石3种填充材料对结构耗散滚石冲击能量的影响。试验结果证明,松散的细颗粒(砂石或砂石-轮胎碎屑混合物)是最佳内侧石笼垫层填充材料,能有效减少冲击力的能量传递。

Aminata et al. (2008)对砾石填充的球墨铸铁面板垫层加筋挡墙进行了足尺试验。根据滚石的冲击力、速度、加速度以及结构的变形和吸收能量等参数进行比较分析,指出此类面板作为缓冲层具有较高的耗散能力。Maegawa et al. (2011b)进行了格宾加筋土挡墙足尺试验。挡墙由土工合成材料加筋砂土建造,附有砾石填充的土工格室缓冲面层。试验结果表明,格宾加筋土挡墙能有效拦截滚石(表 2)。Maegawa et al. (2011b)还展示了滚石冲击力与冲击能量间的关系。Hennebert et al. (2014)考虑了此类结构填充材料对环境的影响,评估了挡墙内砂石-轮胎碎屑混合物填充材料对环境的危害。其指出除非发生火灾,材料残留物为有害物质外,正常使用状态下此类填充材料对环境危害很小。

1.2 数值分析研究

试验研究需要大型实验设备,设备昂贵且操作复杂,在科研人员研究中有着诸多不便。数值模拟已经与实际试验同步发展,可以进行工程上复杂问题的定性分析,很好地反映加筋土防护挡墙受撞击的响应机理。目前,主要借助有限元法(FEM)和离散元法(DEM)两种方法对受滚石撞击影响的加筋土挡墙进行模拟研究。

Obata et al. (1999)使用有限元法对沙袋面板垫层的加筋土防护挡墙的受撞击过程进行动态响应分析。其分析了挡墙底部固定与挡墙底部滑动摩擦两种模型。根据足尺试验结果与数值模拟结果的对比,确定了填土材料物理参数取值的合理性。Peila et al. (2007)利用ABAQUS/Explicit FEM进行模拟,对足尺试验进行反分析。数值模型得到的位移值和试验结果吻合良好,表明了有限元模拟的可行性。Ronco et al. (2009)在上述基础上,分析了滚石撞击加筋土挡墙过程中滚石冲击能量的耗散过程及加筋土挡墙变形特征,提出防护挡墙设计原则。Ho et al. (2011)研究了沙面板垫层的冲击响应,对剪切模量、阻尼因子及边界条件等参数的影响进行了分析。Murashev et al. (2014)模拟研究了不同土工格栅间距、有无钢丝网的加筋土挡墙受滚石撞击过程,揭示了滚石冲击角度、格栅设置间距等参数对挡墙的影响。模拟结果充分反映各种类型的加筋土挡墙的拦截效能,认为数值模拟可用于优化加筋土防护挡墙的设计。邓力源等(2015)利用ANSYS/LS-DYNA软件研究废旧轮胎作为挡墙缓冲层材料受滚石冲击时的耗能特点。分析表明,废旧轮胎能有效减缓滚石对挡墙的冲击,设置缓冲垫层是一种提高挡墙防护能力的有效方法。胡卸文等(2019)采用有限元与无限元耦合方法进行冲击荷载作用下的防护挡墙结构动力响应分析,利用“无限元”边界减小应力波在人工截断边界处反射造成的误差。分析表明,格栅整体吸收的塑性应变能较小,土体耗能能力远大于格栅。

Toe et al. (2018)利用有限元模拟的结果建立元模型(Meta Model),对落石防护结构拦截落石事件的成功与否以及落石撞击挡墙后冲击动能消散程度进行预测。研究结果表明,该模型能够准确再现任何冲击条件下防护结构的力学响应性状,为挡墙设计提供了一种新方法。

有限元模拟操作便捷,但有些力学机制难以反映,如土颗粒转动、土体大变形运动等。目前,离散元法广泛用于研究颗粒材料的行为(Bertrand et al.,2005,2008;徐佩华等,2012)。由于石笼填充材料力学特性,科研人员更多利用离散元法研究格宾挡墙的冲击响应性状。Plassiard et al. (2004)用离散元法模拟了高冲击能量滚石撞击格宾加筋土挡墙的过程。数值模型分析结果与试验结果良好吻合,表明了离散元方法的可行性。Plassiard et al. (2009,2010)使用SDEC(Spherical Discrete Element Code)软件研究格宾加筋土挡墙受撞击过程,评估了滚石直径、质量、速度、撞击高度、角度以及挡墙的几何、力学特性等参数对结构受撞击响应性状的影响。研究表明,滚石的旋转动能不可忽略,旋转动能会造成碰撞过程中平动动能的增加;加筋土挡墙的耗散能力不仅取决于其力学特性,还取决于墙体几何特性。Bertrand et al. (2007)利用PFC软件对格宾加筋土挡墙进行了4次连续撞击模拟实验。实验结果显示,在4次相同的冲击力下,相比第1次撞击,后续撞击产生的穿透度减小约一半,作用反力增大约一倍。第1次撞击使格宾加筋土防护挡墙结构特性发生明显变化,耗散能力显著下降。Bourrier et al. (2010,2011)对格宾挡墙进行多尺度数值模拟。通过石笼内粗、细颗粒填充材料以及加筋土挡墙受撞击响应性状的分析,对整体加筋土防护挡墙结构的响应性状进行研究。

Breugnot et al. (2010,2016)用离散-连续耦合方法(Combined FDEM)研究加筋土挡墙受撞击的响应性状。离散元法用于挡墙碰撞区的模拟,有限元法用于挡墙碰撞区外部分的模拟,该方法融合了有限元法和离散元法的优点。

2 设计原则

2.1 针对落石轨迹的设计

一个指定区域是否需要设置落石防护措施首先需要进行落石风险分析。落石风险分析能够对指定区域进行有效的灾害识别、预测和评价。国内外许多学者对此进行过研究(Crosta et al.,2003;张路青,2003;Agliardi et al.,2009;周建昆等,2009;Genis et al.,2017;Mineo et al.,2018;王学良等,2018)。落石风险分析需要综合地区发生落石事件的概率、落石轨迹分析以及实际情况的预算成本等因素进行评估(Agliardi et al.,2009)。落石轨迹分析可通过地层类型、斜坡地形、岩块质量以及岩块脱落位置等参数进行分析计算,提供落石飞行高度、飞行速度以及冲击动能的统计分布,这在挡墙设计中起着重要作用(Bourrier et al.,2009a;Grimod et al.,2013;罗晓娟等,2015)。严格的落石轨迹分析需要收集现有资料、实地研究、模拟数据,然后使用轨迹分析方法进行数值模拟或试验模拟分析,最后还需要对结果进行验证(Dorren et al.,2011)。Crosta et al. (2003),Agliardi et al. (2003)使用落石模拟工具Stone进行落石风险分析。Dorren et al. (2006),Bourrier et al. (2009b)研究并改进了落石轨迹分析工具Rockyfor。研究结果表明,轨迹分析工具能够很好地模拟出落石在山体斜坡中下落的运动轨迹。黄润秋等(2007),崔圣华等(2013)借助正交试验对滚石进行模拟试验。研究表明,试验模拟分析方法能准确反应滚石运动特征。

滚石防护加筋土挡墙设计首先根据落石飞行轨迹和速度推算建造防护挡墙的合理位置。此外,还需要根据现场施工设备的可到达性,通过实际和经济因素,进一步确定挡墙的最佳建造位置(Lambert et al.,2013)。其次是设计挡墙高度,根据落石最高飞行高度和挡墙上部土层厚度确定。Ronco et al. (2009),Grimod et al. (2013)提出挡墙高度设计公式:

(1)

式中:γh为安全系数;hd为落石轨迹最大飞行高度(m);hi为防护挡墙拦截高度(m),即防护挡墙设计高度减去上部土层厚度。

防护挡墙上部土层厚度的定义是为防止滚石撞击至挡墙顶部附近位置,其值取决于滚石最大直径,通常为滚石直径的1~4倍(Lambert et al.,2017a)。防护挡墙顶部附近受滚石撞击会使挡墙产生更大的变形,从而导致滚石翻滚过挡墙的现象出现(Breugnot et al.,2016)。除此之外,为防止滚石翻滚过防护挡墙,Kister et al. (2017)指出,挡墙背面坡角设计为至少60°。当今加筋土防护挡墙设计中,通常将墙背面坡角提高至80°(Nicot et al.,2007)。

2.2 挡墙稳定性设计

解决有关落石轨迹方面的问题后,加筋土防护挡墙的设计需要考虑结构受撞击后的稳定性问题。下面先对滚石撞击挡墙的冲击响应性状进行分析,然后介绍当今设计方法。

2.2.1 滚石撞击挡墙的响应机理

挡墙的撞击响应通常根据挡墙受撞击后的变形、滚石冲击动能和速度的变化等参数进行分析。根据实验和数值研究,挡墙受撞击响应具有以下特征:

(1)冲击力只会对受撞击区域附近的墙体造成影响,以压缩波的形式从冲击点开始呈截锥形向墙体后方传播(Ronco et al.,2009)。防护墙其余部分没有显著的变化,仍然起到支撑作用,支撑着墙体受撞击区域使其能够发生击实、滑动(Lambert et al.,2013)。当压缩波传递至墙体后方,由于防护挡墙正面为自由边界,挡墙正面产生凸出变形。同样,挡墙顶部为自由边界,在冲击过程中受直接撞击位置之上的墙体会向上抬升,造成土体和加筋材料之间摩擦力减小,挡墙上部结构的内部稳定性降低(Peila et al.,2007)。撞击响应机制仅在挡墙一定区域结构内(受撞击影响区域及其上部土层)发生,(Lambert et al.,2017a)称其为冲击扰动区。冲击扰动区的几何形状取决于挡墙类型、几何尺寸以及落石冲击角度等因素。

(2)受撞击区域内填土材料发生击实,加筋土层之间发生滑动摩擦。80%~85%的冲击动能通过土体击实的方式塑性耗散,15%~20%的冲击动能通过加筋土层之间的滑动摩擦耗散(Ronco et al.,2009)。

(3)当冲击能量较大时,挡墙中部土层可能会产生平行于加筋层的张力裂缝,并导致穿过裂缝的加筋材料(如土工格栅)超荷,这反映了挡墙受冲击过程中加筋材料抑制挡墙变形的过程(Peila et al.,2007)。

当防护挡墙设有格宾缓冲层保护时,滚石撞击至面层,冲击动能以压缩波的形式通过格宾垫层耗散后传递至挡墙。考虑到石笼内填充材料的力学特性,除了上述撞击响应特征外,还具有以下特点:

(1)墙体变形主要发生在粗颗粒填充的垫层内。细颗粒填充垫层具有很高的弹性恢复特性,受撞击后先产生弹性变形而后发生回弹(Lambert et al.,2014)。

(2)撞击使墙体内粒状材料破碎,冲击动能通过破碎、击实和摩擦3种方式耗散,击实耗散仍占主导地位(Heymann et al.,2010;Lambert et al.,2014)。粗颗粒的破碎限定了应力传递的阈值,其值取决于颗粒材料的大小和强度(Lambert et al.,2009)。

(3)当冲击能量较大时,在垫层面板-挡墙界面附近的挡墙顶部会产生平行于交界面的裂缝(Lambert et al.,2014)。

加筋土防护挡墙受滚石撞击后,受撞击墙面(或防撞面层)凹陷并形成一个坑洞,挡墙正面产生凸出变形。正背面的变形值随冲击能量增大而增大,直至冲击能量达到挡墙承载能力时结构坍塌。滑动摩擦耗散的能量随冲击能量增大而增大(Ronco et al.,2009)。当冲击能量较小时,15%的冲击动能通过滑动摩擦耗散,挡墙正面因滑动而凸出的变形值很小。滚石冲击能量增大,滑动摩擦所耗散的能量慢慢趋于总能量的20%,挡墙正面变形值随之增大。此外,相同冲击动能下,对于相同厚度的加筋土挡墙,设有防撞面层的防护挡墙正面凸出变形值小于传统防护挡墙。

2.2.2 现存设计方法

防护挡墙的稳定性设计,即是设计合理的挡墙厚度,选择合适的材料类型,保证受撞击后结构保持稳定。大多数国家针对滚石防护加筋土挡墙稳定性设计没有给出明确的设计指南,当今世界所使用的加筋土防护挡墙大多数是根据工程师经验设计的(Lambert et al.,2017b)。

目前,针对滚石防护加筋土挡墙稳定性的设计方法有如下几种。

(1)能量平衡法,即引入安全系数后的挡墙冲击扰动区内耗能能力需大于滚石冲击能量(Ronco et al.,2009;Grimod et al.,2013)。挡墙耗能能力根据滚石穿透度(δ)以及挡墙正面凸出变形值计算而得,墙正面变形值即为不同剪切面的摩擦耗散能力,穿透度(δ)即为土体击实耗散能力,可以通过滚石冲击力计算(Peila et al.,2007;Ronco et al.,2009),

(2)

滚石最大冲击力Fmax根据由实验结果推得的公式计算而得。在加筋土防护挡墙设计中,最早使用的是由Kar(1978)提出的计算公式。然而,由于计算结果受滚石形状和速度影响很大,Kar模型中所使用的抛射物的形状和速度与实际事件中的滚石差别较大,计算结果误差较大(Peila et al.,2007)。目前,具有代表性的滚石最大冲击力计算公式有:

(a)由Mayne et al. (1983)提出的关系式:

(3)

式中:G为土或缓冲层的动态剪切模量(kPa);W为滚石重量(kN);H为滚石下落高度(m);r0为滚石半径(m);μ为土或缓冲层的泊松比。

(b)由Labiouse et al. (1996)为计算人工滚石防护槽槽顶的最小土垫层厚度而提出的关系式,

(4)

式中:ME为土或缓冲层的弹性模量(kPa);R为滚石曲率半径(m)。

(c)由Kawahara et al. (2006)提出的关系式:

(5)

(d)由杨其新等(1996)提出的关系式:

(6)

袁进科等(2014)对后3种最大冲击力计算关系式得到的结果与实测冲击力进行过比较。结果表明,计算关系式得到的结果都与实测值存在偏差,撞击速度越大误差越大。究其原因,最大冲击力的计算关系式是通过静态实验的结果推导而得,各实验都是在特定冲击方式、特定结构类型下进行,不具有广泛性。

(2)冲击强度准则。Lambert et al. (2018)研究表明,防护挡墙受撞击后正面凸出变形值小于挡墙宽度的25%。Lambert et al. (2018)为评估防护挡墙结构稳定性,提出了一种简易的冲击强度计算方法:

(7)

式中:KE为滚石冲击动能(kJ);A为防护挡墙横截面面积(m2)。

需要注意的是,这一冲击强度准则是根据已有文献的试验结果分析计算而得,适用范围受滚石撞击条件所限制:滚石直径约为墙体高度一半,撞击作用点在墙体中部范围内,撞击角度大于25°,冲击动能小于4500kJ。在此撞击条件范围的加筋土挡墙才能应用这一强度准则。

(3)数值模拟法。通过数值模拟的方法模拟滚石冲击防护挡墙,得到设计挡墙受滚石撞击后破坏程度的模拟结果,保证防护挡墙受撞击后结构保持稳定。对于工程设计师来说,数值模拟软件的操作更为复杂。因此,在工程实际中很少使用数值模拟的方法进行挡墙设计。数值模拟更多地被科研人员在研究中使用。

2.2.3 对已有方法的讨论

上述加筋土防护挡墙设计方法各有特点和不足。

能量平衡法是对撞击过程中滚石的平移动能和挡墙耗散的能量进行比较的一种解析法,计算方法较为完善。但需要设计人员先得知分别由压实和摩擦引起的挡墙墙体体积变形量,这需要滚石冲击能量及撞击位置等数据。这一要求造成了该方法的局限性(Lambert et al.,2013)。

冲击强度准则计算简单,适用于各类型挡墙。但它是根据已有足尺试验数据结果得出的一种评估方法,只适用于受撞击情况在条件范围内的防护挡墙。

相比于解析法,数值模拟法得到的结果更加准确(Peila et al.,2007)。数值模拟能够对加筋土防护挡墙受撞击过程进行结构动力分析,全面考虑各参数对结构稳定性的影响。但局部冲击荷载作用下土体和土工合成材料之间的相互作用机理尚未解决,材料内的摩擦通过内摩擦角和黏聚力表征,这些参数通常通过静态实验得到。因此,各种材料的冲击响应特征还有待于进一步研究,利用数值工具模拟的模型依然有待改进。

考虑经济因素,防护挡墙稳定性设计最关键的问题在于拦截滚石后挡墙是否还具有防护能力,是否需要重新修建。如果结构没有明显破坏,则认为挡墙的防护能力未发生变化;当结构发生较为明显破坏后,需对其重新评估(Lambert et al.,2013)。无论使用解析法还是数值法进行评估,都需要已知滚石冲击能量这一难以估算的数据。因此,更易维修的设有缓冲垫层的加筋土挡墙比普通加筋土挡墙更为经济实用。

3 结论与展望

从试验研究、数值研究等方面总结了滚石防护加筋土挡墙研究概况,可以发现,加筋土挡墙作为最有效益的滚石防护设计之一,已经被工程人员广泛研究与应用。但国内对这方面的研究与使用却明显缺乏。

现有滚石防护加筋土挡墙的设计理论研究仍存在许多不足,滞后于工程实际应用,以下几个方面尚需进一步研究:

(1)加筋土防护挡墙受滚石冲击的响应特征取决于滚石冲击力、挡墙材料类型及墙体尺寸。现有解析模型大多数无法有效地计算冲击力、穿透度及能量耗散等参数。从动力学方面对解析模型的全面研究还需进一步发展。

(2)由于对相关材料的实际冲击响应性状的了解有限,对于滚石与挡墙、土工合成材料与土层之间的相互作用的数值模拟结果与实际作用机理差别明显。不同土工材料的动力响应性质、土体与土工材料以及落石与挡墙间的撞击响应性状需要进一步研究。

(3)已有文献证明落石旋转动能、撞击角度在挡墙受冲击响应分析中不可忽略,但考虑滚石运动对防护挡墙拦截滚石效能影响的研究还很少。目前还没有文献提出将落石运动参数考虑在内的防护挡墙基本设计方法。因此,在未来的研究中需要将滚石运动参数考虑在内分析防护挡墙受冲击响应性状,提出更完善的设计方法。

猜你喜欢

滚石落石挡墙
Self-Supervised Entity Alignment Based on Multi-Modal Contrastive Learning
强震作用下崩塌滚石冲击耗能损伤演化分析
基于机器视觉的高速道路落石检测
基于视觉识别的隧道落石预警系统
浅析不同边坡下滚石的运动轨迹
引导式落石拖挂网落石冲击模型试验研究
河道生态挡墙的计算分析及实际应用
像一块滚石
落石碰撞法向恢复系数的模型试验研究
浆砌石挡墙排水体的具体运用