【摘 要】
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膨胀土在吸水后会产生膨胀,当侧向受到约束时将产生膨胀力。膨胀力过大而导致墙体开裂、剪断甚至失稳的例子屡见不鲜,而重力式挡土墙是稳定膨胀土坡的一种常见的措施。聚苯乙烯泡沫（Expanded polystyrene,EPS）具有较好的减压性能,往往可以减小物体之间的相互作用力。因此可将该泡沫作为缓冲垫层铺设在重力式挡墙与膨胀土之间,起到减小作用在挡墙的侧向压力（增湿后产生侧向膨胀力+土压力）,减少修建
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膨胀土在吸水后会产生膨胀,当侧向受到约束时将产生膨胀力。膨胀力过大而导致墙体开裂、剪断甚至失稳的例子屡见不鲜,而重力式挡土墙是稳定膨胀土坡的一种常见的措施。聚苯乙烯泡沫（Expanded polystyrene,EPS）具有较好的减压性能,往往可以减小物体之间的相互作用力。因此可将该泡沫作为缓冲垫层铺设在重力式挡墙与膨胀土之间,起到减小作用在挡墙的侧向压力（增湿后产生侧向膨胀力+土压力）,减少修建挡墙的材料的作用。由于（1）EPS缓冲层应用在膨胀土重力式挡墙上的研究尚且较少,现行研究中暂不能对挡墙支挡膨胀土的工程实际选择出有效的EPS缓冲层;（2）并且目前对膨胀土、EPS缓冲层、挡墙之间的相互作用机理研究还不够深入,因此国内很少将EPS缓冲层用于挡墙减载。本文首先对南阳膨胀土开展室内K0固结膨胀试验,了解其在不同干密度下的膨胀性能,与此同时,也通过该试验展现在膨胀土外层铺设EPS缓冲层时,侧向压力的减载情况;然后采用数值计算软件ABAQUS对有无EPS缓冲层的膨胀土试验进行模拟和验证;在试验结果以及软件验算正确的基础上,采用数值软件对大尺寸的膨胀土-EPS缓冲层-刚性挡墙体系进行模拟研究,研究在体系中EPS缓冲层参数、膨胀土埋深位置的变化对EPS缓冲层的减压性能的影响,进而对EPS参数、膨胀土埋深位置的选取提出建议。最后根据模拟结果,分析体系间相互作用的机理,阐述了一种设计方法,为EPS缓冲层的设计打下基础,并对工程应用提供参考。通过以上研究,得到以下结论:（1）采用ABAQUS数值软件,通过温度场类比湿度场、升温膨胀类比增湿膨胀的理论方法,模拟膨胀土的吸水膨胀,能取得较好效果。通过膨胀土有荷膨胀试验可以得到,增湿含水量和膨胀量有良好的线性关系,其拟合程度达到90%;采用弹性力学的理论对膨胀土圆饼状试样进行平面应变计算,当已知其它土工参数求膨胀土的膨胀系数时,求得的值与试验中得到的线性斜率值大体相等,验证了上述试验得到的斜率值可以用于ABAQUS数值软件中。（2）ABAQUS材料属性中可压碎泡沫模型能完整地描述EPS缓冲层应力-应变关系曲线的线弹性段及屈服段,相比通用的双线性模型具有较高的精确度。（3）选取工程中常见的重力式挡土墙模型,用ABAQUS建立了膨胀土-EPS缓冲层-刚性挡墙模型,并进行数值模拟计算。模拟结果分析表明,EPS缓冲层的厚度越厚、弹性模量越小、膨胀土宽度越小、挡墙高度较高时,其减载效果越好;膨胀土埋深的位置发生变化时,会极大影响侧向压力的分布,膨胀土宜放在普通土层之下。（4）结合前述试验及数值模拟,膨胀土、EPS缓冲层、挡墙之间的相互作用可概述为:由于EPS缓冲层具有的高压缩的特性,因此当膨胀土增湿膨胀时,膨胀土能产生体变,削弱了增湿后的膨胀土对挡墙所产生的侧向作用力;膨胀土在EPS缓冲层的作用下产生的侧向位移能发挥土体的抗剪强度,同样能减小作用在挡墙上的侧压力;体系间的界面摩擦会增加作用在挡墙上部的侧压力,减小下部的侧压力,但对作用在挡墙上的侧向土压力合力没有明显影响。（5）以简单重力式挡墙为例子,说明了一种设计EPS缓冲层的方法,为工程设计提供参考。
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