景观挡土墙模型试验报告.doc

“自嵌式景观挡土墙技术开发与示范”项目室内模型试验报告黑龙江省水利科学研究院试 验 名 称：室内模型试验项 目 来 源：水利部“948”计划项目“自嵌式景观挡土墙技术开发与示范”（合同编号：CT200608）试验承担单位：黑龙江省水利科学研究院试验项目负责人：张滨 汪恩良 钟华试 验 参 加 人：高占坤 常俊德 孙景路 钟华 岳为群汪恩良 张滨报 告 编 写：钟 华目 录1. 前言12. 试验要求12.1 试验目的12.2 试验内容12.3 试验材料及试验设备22.3.1 试验材料22.3.2 试验设备33. 试验方案43.1 试验过程控制方案设计43.1.1 环境温度控制方案43.1.2 底板温度控制方案63.1.3 冻深过程控制方案73.1.4 注意事项73.2 模型制作方案设计73.2.1 试验用土料及加筋材料的制备73.2.2 模型成型及传感器埋设93.2.3 模型饱水和补水93.2.4 模型试验土体含水量测定123.2.5 模型拆除123.2.6 试验数据处理与分析124. 试验结果及分析124.1 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验结果及分析124.1.1 模型试验降温过程分析124.1.2 土体温度变化过程分析124.1.3 0等温线发展变化过程分析154.1.4 各监测断面变形结果分析164.1.5 加筋材料变形结果分析174.1.6 水平冻胀力结果分析194.1.7 墙趾水平压力结果分析214.2 S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验结果及分析224.2.1 模型试验降温过程分析224.2.2 土体温度变化过程分析234.2.3 0等温线发展变化过程分析244.2.4 各监测断面变形结果分析254.2.5 加筋材料变形结果分析274.2.6 水平冻胀力结果分析284.2.7 墙趾水平压力结果分析315. 模型试验结论32 32 “自嵌式景观挡土墙技术开发与示范”项目室内模型试验报告1. 前言“自嵌式景观挡土墙技术开发与示范”项目是水利部“948”计划项目。自嵌式景观挡土结构是一种经济实用、自然美观、设计灵活、施工简单、用途广泛的挡土墙系统。砌块横向和纵向配筋操作简单，无须模板浇灌，施工费用低廉，结构性能与现浇混凝土挡墙相当。通过颜色、面层质感和块形的完美搭配，可实现各种装饰效果和建筑风格。自嵌式挡土结构是新型柔性结构护坡体系，主要依靠挡土块块体、填土通过筋带连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用。该此结构无须砂浆砌筑，依靠带有后缘的块与块之间嵌锁作用和上层块体重量来防止滑动倾覆，对地形地质条件不提出特别的要求，任何需要挡土的地方均可使用。只要采用合理的设计方案，可使过水通道两岸，在水浪压力、冰层压力作用下仍然可以达到使用要求。随着国民经济的发展、大众环保意识的进一步提高，自嵌式挡土结构将具有广阔的应用前景。挡土结构在我国水利等行业部门有广泛的应用，特别用于河道整治、堤岸防护等方面。随着国民素质的提高，环保意识的增强，对挡土结构在景观、环保、可重复利用等方面提出了更高的要求。自嵌式景观挡土结构是新型的重力式结构，该结构适应软地基、抗震性能好、耗材少成本低、施工方便快捷、节约土地资源、景观效果好。本报告以“自嵌式景观挡土墙技术开发与示范”项目为背景，对自嵌式景观挡土墙结构开展小比尺冻土力学模型试验，研究自嵌式景观挡土墙结构在寒区工程中应用的变形及应力状态变化过程，为加筋挡土墙设计的理论研究提供基础性资料。2. 试验要求2.1 试验目的本次试验通过模拟挡土墙工程的实际工况，寻求冻融循环过程墙体温度场、冻深、冻胀量、墙面侧向位移、加筋材料应变，以及加筋挡土墙所受的水平冻胀力和墙趾水平方向压力等参数随环境温度变化而变化的规律，为景观挡土墙在季节冻土区的应用和工程设计提供理论依据。2.2 试验内容模型试验具体观测内容如下：（1）冻深观测：墙后土体冻深（2）冻胀量监测：墙顶土体的冻胀量（3）温度场监测：室内环境温度和土体内部温度场（4）墙面水平位移监测：观测冻融过程中墙面水平位移的变化（5）加筋材料应变监测：观测冻融过程中加筋材料应变的变化（6）水平冻胀力监测：观测冻融过程中挡土墙水平冻胀力的变化（7）墙趾水平压力监测：观测冻融过程中墙趾水平压力的变化（8）孔隙水压力监测：监测土体内部的孔隙水压力变化（9）含水量测量：观测冻融前后，墙后土体含水量的变化2.3 试验材料及试验设备2.3.1 试验材料2.3.1.1 土的物理力学性质本次试验所用粘土取自哈尔滨市郊区薛家土场，粘土土样按水利部行业标准土工试验规程（SL237-1999）3的要求进行试验。其主要物理力学指标见表1，颗粒分析曲线见图1。表1 试验用粘土主要物理力学指标土粒比重 Gs2.69液限 L（%）32.2塑限 P（%）18.3塑限指数 Ip13.9液性指数 IL0.05mm）（%）1.0粉粒（0.05-0.075mm）（%）85.9粘粒（0.002mm）（%）13.1垂直渗透系数 Kv （cm/s）1.32E-06最大干密度 dmax（g/cm3）1.68最优含水率 opt（%）16.1土的分类低液限粘土CL制样含水率 （%）16.1填土重度 （kN/m3）17.3图1 试验土样颗粒分析曲线2.3.1.2 自嵌式景观挡土墙砌块本次试验采用南京优凝舒布洛克公司生产的自嵌式景观挡土墙砌块，其尺寸为45cm35cm15cm 砌块照片见图2。2.3.1.3 加筋材料的选用 图2 砌块照片本项试验共采用两种格栅，分别为S5050型聚酯双向格栅和S2522型玻纤双向格栅。其中，第一组试验采用S5050型聚酯双向格栅加筋，第二组试验采用S2522型玻纤双向格栅加筋。2.3.2 试验设备2.3.2.1 模型试验装置本报告的冻土力学模型试验是在黑龙江省水利科学研究院自行研制的智能化多功能冻土力学模型试验台中进行。结合低温实验室的使用，该试验装置可以有效的实现单向和双向的冻结条件，实现冻结过程中水分迁移的水分补给，能够控制冻融循环过程中冻结土体下卧暖土层的温度，还可以监测冻土的温度场和应力场，以及冻胀和融沉变形。除此之外，该装置还可以在保证试验过程中箱体的变形要求的前提下，提供模型试验加载破坏的荷载，并能实现模型试验过程中测试数据的自动采集与分析，还可实现远程监测与控制。2.3.2.2 模型试验量测仪器及设备本试验观测的数据主要包括温度、变形和压力。温度观测采用PT100温度传感器和热敏电阻温度传感器，变形观测采用位移传感器，土压力观测采用力传感器，孔隙水压力观测采用渗压计。数据采集使用温度巡检仪和DT515系列数据采集仪。主要量测仪器及采集系统组成见图3。图3 主要量测仪器及采集系统图3. 试验方案3.1 试验过程控制方案设计本次试验采用以冻深为主的降温过程控制方案，模拟开始冻结至完全融化的过程，土体完全融化后的阶段不予模拟，试验设计冻深取为70cm。3.1.1 环境温度控制方案根据哈尔滨野外冻土观测场（见图4）（东经12622，北纬4538）20072008年度观测资料，土体开始冻结至完全融化的过程需196天（稳定冻结期）。野外冻土观测场的实测气温变化过程线见图5，地温变化过程线图6，冻融过程曲线见图7。模型试验环境温度控制过程根据野外观测结果确定，模型试验设计历时15.5天（372h），试验环境温度控制过程分四个阶段进行，各阶段温度控制过程如下：1）降温阶段试验时间0 48h，试验历时48h，环境温度2 -27；2）恒低温阶段试验时间48h 137h，试验历时89h，环境温度保持-27；3）升温阶段试验时间137h 267h，试验历时130h，环境温度-27 25；4）恒高温至完全融化阶段试验时间267h 372h，试验历时105h，环境温度保持25；试验温度控制过程曲线见图8。图4 哈尔滨万家野外冻土观测场全图图5 野外冻土观测场2007-2008年气温实测过程线图6 野外冻土观测场2007-2008年地温实测过程线图7 野外冻土观测场2007-2008年实测冻融过程线图8 温度控制过程曲线3.1.2 底板温度控制方案为了模拟天然土体下卧暖土层温度，待出现最大冻深时，开始控制底板温度。底板温度控制过程曲线见图9。图9 底板温度控制过程曲线图3.1.3 冻深过程控制方案设计冻深过程控制见图10。图10 冻深控制过程曲线3.1.4 注意事项当土体表面温度达到2后，先恒温4872h，待土体内部温度达到8左右时，正式开始试验，并按温度控制表对低温控制柜进行设置，控制试验温度。试验开始降温之前，仔细检查压缩机组和加热器是否正常工作，并进行除霜处理。第一个试验周期结束后，从墙顶进行补水，待达到设计要求，且土体温度均匀后进行下一个周期的试验。在试验过程中，视机组运行的具体情况，考虑适时进行除霜处理。除霜时，将风口用棉被挡好，尽量减小环境温度的变化。除霜后，再重复一段除霜前的降温过程，重复降温时间视具体情况控制在1h左右，当土体温度达到除霜前的状态时，即可按设计降温曲线控制环境温度。3.2 模型制作方案设计为了比较挡土墙在季节冻土区采用土工格栅加筋与不加筋对水平冻胀力和冻胀变形的削减作用，本次试验同时开展两组模型试验：一组采用土工格栅加筋（加筋宽度为1.2m，沿横断面居中布置，各层筋材伸出砌块外长度为15cm，总长度分别为1.80m，1.86m，1.92m），另一组作为对照不加筋，两组模型的其它试验条件均相同。试验过程控制流程图见图11。3.2.1 试验用土料及加筋材料的制备制作模型所用填土的制备过程如下：1）土在室温条件下自然风干；粉碎、过5mm筛，使土团筛出试验用土料及加筋材料的制备模型成型及传感器埋设模型饱水和补水模型试验土体含水量的测定 开始试验试验结束模型拆除试验数据处理与分析图11 试验过程控制流程图2）测定土的初始含水量，平行测试，取其平均值；按照每天填土数量和试验填土所需含水量计算配水量，将其均匀洒于土中，边洒边拌，直至土中含水量分布均匀3）拌匀的土样堆于实验室内，覆盖塑料袋密封保湿24h，使土中水分充分混合均匀备用4）填土前，再次测定土中含水量，保证每层填土的干密度控制在最大干密度的90%加筋土挡墙所需加筋材料的制备过程如下：1）计算每层加筋所需尺寸，按需要尺寸剪切玻纤土工格栅网片2）按设计位置粘贴应变片，把粘贴好的格栅网片摊平阴干3）在干透的应变片外层涂环氧树脂防水，摊平阴干后备用注：每层加筋材料的长度=加筋长度+砌块外裸露部分的长度，裸露部分的长度取15cm，具体布置见图13。试验过程中，需同时测量裸露部分的格栅在冻结期间的长度变化。3.2.2 模型成型及传感器埋设模型制作顺序严格按照现场施工操作顺序进行。回填土全部采用预先备好的土样,从下至上，用分层体积和土料湿重来控制干容重，全部按最大干容重的92%控制压实度，采用人工击实法分层装土，每分层的击实厚度为5-10cm。模型成型的具体步骤如下：1) 在模型箱底部供水池上铺设无纺布，在临空面一侧，力传感器的固定装置与供水池及箱体侧壁接触处设置压条止水，然后，在箱体内壁涂抹23mm厚的黄油，以便在模型箱侧壁与模型材料之间形成一层滑膜，消减摩擦力的作用2) 砌筑第一层砌块，并向模型箱内填土制作模型，同时，记录各层填土重量及含水率等相关参数，并在相应位置埋设传感器，记录传感器初值3) 砌筑下一层砌块，填土，并在相应位置埋设传感器及加筋材料等，直至整个模型制作完毕4) 模型土体制作好后，在墙体侧面及土体顶面安装位移传感器及环境温度传感器注：施工之前，所有的仪器都应该进行校准，位移传感器使用标准块规校准，温度传感器进行修正标定，保证测试精度要求。模型试验所需传感器情况见表2，传感器布置见图12和图13。表2 模型试验所需传感器统计表待测量传感器使用情况统计备注类型型号量程精度数量图号温度铂电阻温度传感器PT-1000.1629和10312=58热敏电阻0.01389和10192=38位移位移变送器CYG-WY150150mm0.25%109和1052=10直滑式直线位移传感器WYD-50mm50mm0.1%29和1012=2压力应变式微型土压力计YT-200G0.6MPa0.02%289和10142=28力变送器CYG-1701250kN0.5%49和1022=4振弦式荷载计YT-1100A500kN0.5%49和1022=4孔隙水压力振弦式渗压计VWP-6600kPa0.27kPa; 0.529和1012=2应变应变计BQ120-5AA1%241038=243.2.3 模型饱水和补水1) 模型饱水图12 未加筋挡土墙传感器布置图图13 加筋挡土墙传感器布置图模型制作完成后，对模型进行饱水处理，使试验土体达到饱和状态，其饱和度控制在95%左右。模型饱水期间，需施加10kPa的固结应力。模型土体饱和后，在试验室内恒温，当土体内部温度达到8左右时，准备开始降温。2) 模型补水利用模型试验装置的补水系统实现对试验土体的补水要求。为模拟开敞式冻结条件，试验进行期间，一直进行补水，补水水位通过补水箱的水位进行控制。3.2.4 模型试验土体含水量测定1) 在模型制作过程中，按设计要求取分层含水量2) 模型饱水后，试验开始降温前，按设计要求取分层含水量3) 模型试验完成后，按设计要求取分层含水量3.2.5 模型拆除试验结束后，模型拆除的步骤如下：1) 拆除模型土体表面及墙面板处的位移传感器，记录拆除时间及传感器编号2) 逐层清除填土，并拆除相应位置处的传感器，记录拆除时间及传感器编号3) 传感器拆除后，将其清洗干净，按类型分组收好备用4) 全部模型传感器拆除完毕后，停止数据采集程序，并将数采仪收好备用3.2.6 试验数据处理与分析试验结束后，需及时进行数据处理与分析，总结试验过程中出现的各类问题，并提出解决方案。4. 试验结果及分析4.1 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验结果及分析4.1.1 模型试验降温过程分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验实测降温过程控制曲线见图14。由试验温度控制过程曲线可以看出：本次试验环境温度和底板温度控制过程符合设计要求，试验环境温度控制过程能够较好的模拟野外自然条件下气温的降温规律。4.1.2 土体温度变化过程分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验土体温度变化过程曲线见图1518。由不同深度土层温度变化过程线可以看出，挡土墙模型土体温度变化趋势与野外实测不同深度土层温度变化趋势相近，符合精度要求。由最大冻深时土体温度场分布图可以看出，挡土墙后土体温度场分布比较均匀，挡土墙顶面和墙面板方向温度较低，内部融土层温度较高，符合季节冻土区冻土墙双向冻结双向融化的温度场分布规律。图14 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验温度控制过程曲线图15 S5050型聚酯双向格栅加筋模型未加筋挡土墙土层温度变化过程线图16 S5050型聚酯双向格栅加筋模型加筋挡土墙土层温度变化过程线图17 未加筋挡土墙最大冻深时土体温度场分布图18 加筋挡土墙最大冻深时土体温度场分布4.1.3 0等温线发展变化过程分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验0等温线变化结果见表3和图19。表3 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验参数统计表试验参数最大冻深hF（cm）融深hT（cm）hT / hF（%）未加筋70.056.20.80加筋65.554.40.83图19 S5050型聚酯双向格栅加筋模型0等温线深度变化过程线由试验0等温线深度变化过程线可以看出：本次试验土体冻深融深变化趋势与天然土体的变化趋势基本相同。此次试验的最大冻深出现在持续升温段即将结束时，未加筋挡土墙和加筋挡土墙的最大冻深分别为70.0cm和65.5cm，其中，加筋挡土墙的实测冻深比设计冻深（70cm）小6.4%。温度控制过程完全符合冻深控制的精度要求，试验结果均有效。加筋挡土墙的冻深小于未加筋挡土墙的冻深，是由于加筋挡土墙的试验土体含水量比未加筋挡土墙大。因此，在相同的能量激励状态下，对于土体含水量大的加筋挡土墙，其土体的温度变化进程就会相对缓慢，冻锋面的移动速度自然会慢一些，移动范围也会小一些，这在宏观上即表现为冻深的发展程度低。由此可见，土体含水量分布状况对土体冻深的发展有直接影响。4.1.4 各监测断面变形结果分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验冻胀变形实测结果见表4和图2021。表4 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验参数统计表试验参数最大冻胀量hF（mm）最大融沉量hT（mm）hT /hF（%）冻胀率（%）未加筋6.257.311.040.89加筋23.220.63.153.54图20 S5050型聚酯双向格栅加筋模型挡土墙冻胀量变化过程线图21 S5050型聚酯双向格栅加筋模型挡土墙水平位移变化过程线由景观挡土墙竖向位移变化过程线可以看出，加筋挡土墙的冻胀量明显大于未加筋挡土墙的冻胀量，这是由于加筋挡土墙的含水量大于未加筋挡土墙所致。另外，本次试验土体表面不同位置处的冻胀量差异较大，加筋和未加筋挡土墙都是墙后中间部位土体的冻胀量最大，分别为23.2mm和6.3mm，相应的冻胀率分别为3.5%和0.9%，靠近面板处和远离面板一侧的冻胀量都相对较小，这是由于试验土体内部含水量分布不均匀所致。由此可见，土体的含水量分布状况对土体冻胀量的发展有重要的作用。由景观挡土墙竖向位移变化过程线还以看出，升温过程中挡墙顶面产生融沉现象，加筋挡土墙和未加筋挡土墙的残余变形均为负值，其中，加筋挡土墙中间部位土体的融沉变形最大，其最大融沉变形达20.6mm。这表明在冻融过程中，土体结构发生变化，全部融化时墙顶面土体含水量很高，土体模量下降，在自重作用下产生较大融沉变形。在季节冻土区的加筋土挡墙应避免春融期产生不允许的融沉变形。由景观挡土墙水平位移变化过程线可以看出，未加筋挡土墙中下部（T1DH-2和T1DH-3）的水平位移较大，上部的水平位移（T1DH-1）较小，而加筋挡土墙的上部（T2DH-1）水平位移大，中下部（T2DH-2和T2DH-3）的水平位移小。这是由于加筋材料对土体变形的约束作用，使挡土墙水平变形发生了重分布。4.1.5 加筋材料变形结果分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验加筋格栅应变实测结果见图2224。图22 S5050型聚酯双向格栅加筋模型顶层加筋格栅应变变化过程线图23 S5050型聚酯双向格栅加筋模型中层加筋格栅应变变化过程线图24 S5050型聚酯双向格栅加筋模型底层加筋格栅应变变化过程线由挡土墙加筋格栅应变变化过程线可以看出，冻融过程中，挡墙顶层加筋格栅的应变随着温度的降低明显增大，在温度升高时，加筋格栅的应变明显减小，加筋格栅最大应变为0.033%，位置在挡墙面板后30cm处，最小正应变为0.017%，整个筋条变形分布较均匀。挡墙中间层加筋格栅的应变仅有2组应变片测到数值，其它均破损，实测应变值随着温度的降低显著增大，最大应变为0.045%，位置在挡墙面板后120cm处，最小应变为0.036%，变形在整个筋条上分布较均匀。挡墙底层加筋格栅的应变随着温度的降低明显增大，在温度升高时，加筋格栅的应变明显减小，加筋格栅最大应变为0.069%，位置在挡墙面板后120cm处，最小正应变为0.039%，整个筋条变形分布不均匀。上述分析表明，土体冻结后，在冻结力的作用下加筋格栅与土协同工作，随着冻深发展，产生水平冻胀力，加筋格栅拉伸应变增大，可以起到分担水平冻胀力、约束冻胀变形的作用。4.1.6 水平冻胀力结果分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验水平冻胀力实测结果见图2529。图25 S5050型聚酯双向格栅加筋模型未加筋挡土墙砌块后水平冻胀力变化过程线图26 S5050型聚酯双向格栅加筋模型未加筋挡土墙后侧壁处水平冻胀力变化过程线图27 S5050型聚酯双向格栅加筋模型加筋挡土墙砌块后水平冻胀力变化过程线图28 S5050型聚酯双向格栅加筋模型加筋挡土墙后侧壁处水平冻胀力变化过程线由挡土墙水平冻胀力变化过程线可以看出，不同深度的水平冻胀力增长的过程有一定差别，在冻结过程中，首先是浅层土体的水平冻胀力开始增长，并逐渐增至最大值，随着冻结过程的继续，深层土体的水平冻胀力也陆续开始增长，而浅层土体的冻胀力则开始不同程度的减小，在持续升温段，水平冻胀力达到最大值。由挡土墙水平冻胀力变化过程线还可以看出，挡土墙中上部和中下部的水平冻胀力较大。对未加筋挡土墙，砌块后的水平冻胀力埋深20cm处最大，其最大值达55.3kPa，其次是埋深为65cm和5cm处，其最大值分别为46.3kPa和27.8kPa；挡土墙后侧壁处的水平冻胀力埋深65cm处最大，其最大值达40.4kPa，其次是埋深为20cm和50cm处，其最大值分别为36.2kPa和34.9kPa。对加筋挡土墙，砌块后的水平冻胀力埋深5cm处最大，其最大值达18.6kPa，其次是埋深为20cm和65cm处较大，其最大值分别为17.7kPa和17.6kPa；挡土墙后侧壁处的水平冻胀力埋深35cm处水平冻胀力值最大，其最大值达41.8kPa，其次是埋深为65cm和5cm处，其最大值分别为32.6kPa和27.2kPa。图29 S5050型聚酯双向格栅加筋试验最大水平冻胀力沿墙高分布图由挡土墙最大水平冻胀力沿墙高分布图可以看出，挡土墙水平冻胀力沿墙高近似呈双峰型分布，符合水平冻胀力沿墙高的分布规律。在浅层土体中，加筋挡土墙的水平冻胀力大于未加筋挡土墙的水平冻胀力，而在深层土体中，加筋挡土墙的水平冻胀力小于未加筋挡土墙的水平冻胀力。从整体趋势上看，加筋挡土墙的水平冻胀力小于未加筋挡土墙的水平冻胀力，这表明加筋能够使土体中的应力进行重新分布，进而抑制水平冻胀力的增长，起到减小工程冻害的作用。4.1.7 墙趾水平压力结果分析S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验墙趾水平压力实测结果见图30。由景观挡土墙墙趾水平压力变化过程线可以看出：在降温段，加筋和未加筋挡土墙的墙趾水平压力均大幅增加；在保持低温试验段，除未加筋挡土墙左侧墙趾水平压力（URW-L）在开始阶段有大幅增加外，其它力值基本保持不变，未加筋和加筋挡土墙的最大墙趾水平压力分别为12.8kN和11.4kN；在持续升温段，压力值普遍减小，仅未加筋挡土墙右侧（URW-R）压力有小幅振荡；在保持高温试验段，各压力值基本保持在一稳定状态。从整体变化趋势上看，挡土墙墙趾水平压力的变化趋势与挡土墙水平冻胀力的变化趋势一致，这表明墙趾水平压力是受水平冻胀力的影响而产生的，在计中应考虑墙墙趾的稳定。图30 S5050型聚酯双向格栅加筋模型挡土墙墙趾水平压力变化过程线4.2 S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验结果及分析4.2.1 模型试验降温过程分析S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验降温过程见图31。图31 S5050型聚酯双向格栅加筋模型试验温度控制过程曲线由试验温度控制过程曲线可以看出：本次试验环境温度和底板温度控制过程符合设计要求，试验环境温度控制过程能够较好的模拟野外自然条件下气温的降温规律。4.2.2 土体温度变化过程分析S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验土体温度变化过程曲线见图3235。图32 S2522型玻纤双向格栅加筋模型未加筋挡土墙断面二土层温度变化过程线图33 S2522型玻纤双向格栅加筋模型加筋挡土墙断面二土层温度变化过程线由不同深度土层温度变化过程线可以看出，挡土墙模型土体温度变化趋势与野外实测不同深度土层温度变化趋势相近，符合精度要求。由最大冻深时土体温度场分布图可以看出，挡土墙后土体温度场分布比较均匀，挡土墙顶面和墙面板方向温度较低，内部融土层温度较高，符合季节冻土区冻土墙双向冻结双向融化的温度场分布规律。图34 未加筋挡土墙最大冻深时土体温度场分布图35 未加筋挡土墙最大冻深时土体温度场分布4.2.3 0等温线发展变化过程分析S2525型玻纤双向格栅加筋模型试验0等温线变化结果见表5和图36。表5 S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验参数统计表试验参数最大冻深hF（cm）融深hT（cm）hT / hF（%）未加筋716084.5加筋696086.9由试验0等温线深度变化过程线可以看出：本次试验土体冻深融深变化趋势与天然土体的变化趋势基本相同。此次试验的最大冻深出现在持续升温段，未加筋挡土墙和加筋挡土墙的最大冻深分别为71.0cm和69.0cm，与设计冻深（70cm）相差1.4%。温度控制过程完全符合冻深控制的精度要求，试验结果均有效。加筋挡土墙的冻深小于未加筋挡土墙的冻深，是由于加筋挡土墙的试验土体含水量比未加筋挡土墙大。因此，在相同的能量激励状态下，对于土体含水量大的加筋挡土墙，其土体的温度变化进程就会相对缓慢，冻锋面的移动速度自然会慢一些，移动范围也会小一些，这在宏观上即表现为冻深的发展程度低。由此可见，土体含水量分布状况对土体冻深的发展有直接影响。图36 S2522型玻纤双向格栅加筋模型0等温线深度变化过程线4.2.4 各监测断面变形结果分析S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验冻胀变形实测结果见表6和图3738。表6 S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验参数统计表试验参数最大冻胀量hF（mm）最大融沉量hT（mm）hT /hF（%）冻胀率（%）未加筋9.090.020.181.28加筋9.750.080.781.41由景观挡土墙竖向位移变化过程线可以看出，加筋挡土墙的冻胀量大于未加筋挡土墙的冻胀量，这是由于加筋挡土墙的含水量大于未加筋挡土墙所致。另外，本次试验土体表面不同位置处的冻胀量差异较大，加筋和未加筋挡土墙都是墙后中间部位土体的冻胀量最大，分别为9.7mm和9.1mm，相应的冻胀率分别为1.4%和1.3%，靠近面板处和远离面板一侧的冻胀量都相对较小，这是由于试验土体内部含水量分布不均匀所致。由此可见，土体的含水量分布状况对土体冻胀量的发展有重要的作用。由景观挡土墙竖向位移变化过程线还以看出，升温过程中挡墙顶面产生融沉现象，由于本次试验土体密实度较高，因此，加筋挡土墙和未加筋挡土墙的残余变形均为正值。虽然如此，由试验结果还是可以推断在冻融过程中，土体结构发生变化，融化时墙顶面土体含水量很高，土体模量下降，在自重作用下会产生融沉变形。因此，在季节冻土区的加筋土挡墙应避免春融期产生不允许的融沉变形。图37 S2522型玻纤双向格栅加筋模型景观挡土墙竖向位移变化过程线图38 S2522型玻纤双向格栅加筋模型景观挡土墙水平位移变化过程线由景观挡土墙水平位移变化过程线可以看出，加筋和未加筋挡土墙中部（RW-2和URW-2）和上部（RW-1和URW-1）的水平位移较大，下部（RW-3和URW-3）的水平位移较小。加筋和未加筋挡土墙上部的最大水平位移分别为1.8mm和3.4mm，中部的最大水平位移分别为1.6mm和1.7mm，下部的最大水平位移分别为0.3mm和0.2mm。这是由于加筋材料对土体变形的约束作用，使挡土墙水平变形发生了重分布。4.2.5 加筋材料变形结果分析S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验格栅变形实测结果见图3941。图39 S2522型玻纤双向格栅加筋模型顶层加筋格栅应变变化过程线图40 S2522型玻纤双向格栅加筋模型中层加筋格栅应变变化过程线由挡土墙加筋格栅应变变化过程线可以看出，冻融过程中，挡墙顶层加筋格栅的应变随着温度的降低明显增大，在温度升高时，加筋格栅的应变明显减小，加筋格栅最大应变为1.06%，位置在挡墙面板后30cm处，最小应变为0.94%，整个筋条变形分布较均匀。挡墙中间层加筋格栅的应变随着温度的降低呈现明显增大的规律，最大值为0.92%，位置在挡墙面板后75cm处，最小值为0.91%，变形在整个筋条上分布非常均匀。在试验结束时，不同位置处的加筋格栅均有较大残余变形。挡墙底层加筋格栅的应变随着温度的降低明显增大，在温度升高时，加筋格栅的应变不同程度的减小，加筋格栅最大应变为0.92%，位置在挡墙面板后30cm处，最小应变为0.31%，整个筋条变形分布不均匀，靠近墙面板处应变大，远离墙面板处应变小。上述分析表明，土体冻结后，在冻结力的作用下加筋格栅与土协同工作，随着冻深发展，产生水平冻胀力，加筋格栅拉伸应变增大，可以起到分担水平冻胀力、约束冻胀变形的作用。图41 S2522型玻纤双向格栅加筋模型底层加筋格栅应变变化过程线4.2.6 水平冻胀力结果分析S2522型玻纤双向格栅加筋模型试验水平冻胀力实测结果见图4246。由挡土墙水平冻胀力变化过程线可以看出，在试验开始阶段，水平冻胀力主要以振荡为主，没有显著的增长，随着试验的继续，不同深度的水平冻胀力开始不同程度的增长，并陆续达到最大值，在持续升温阶段，水平冻胀力达到最大值后，陆续开始减小，在试验结束时，水平冻胀力减小至与初始值相近，即回到初始状态。由挡土墙水平冻胀力变化过程线还可以看出，挡土墙中上部和中下部的水平冻胀力较大。对未加筋挡土墙，砌块后的水平冻胀力埋深80cm处最大，其最大值达75.5kPa，其次是埋深为5cm和20cm处，其最大值分别为52.5kPa和29.9kPa；挡土墙后侧壁处的水平冻胀力埋深5cm处最大，其最大值达50.3kPa，其次是埋深为65cm和50cm处，其最大值分别为28.9kPa和24.0kPa。对加筋挡土墙，砌块后的水平冻胀力埋深35cm和埋深80cm处最大，其最大值达69.8kPa和69.7kPa，其次是埋深为50cm和65cm处的压力值较大，其最大值分别为38.8kPa和32.7kPa；挡土墙后侧壁处的水平冻胀力埋深65cm处水平冻胀力值最大，其最大值达80.1kPa，其次是埋深为80cm和35cm处，其最大值分别为50.8kPa和40.8kPa。图42 S2522型玻纤双向格栅加筋模型未加筋挡土墙砌块后水平冻胀力变化过程线图43 S2522型玻纤双向格栅加筋模型未加筋挡土墙后侧面板水平冻胀力变化过程线图44 S2522型玻纤双向格栅加筋模型加筋挡土墙砌块后水平冻胀力变化过程线图45 S2522型玻纤双向格栅加筋模型加筋挡土墙后侧面板水平冻胀力变化过程线由挡土墙最大水平冻胀力沿墙高分布图可以看出，挡土墙水平冻胀力沿墙高近似呈双峰型分布，符合水平冻胀力沿墙高的分布规律。在浅层土体中，加筋挡土墙的水平冻胀力小于未加筋