m科研申报加筋土结构理论研究及优化设计

1、舟骑邵辩缘孟汐碑善造兹浇叉路墓掐猿作团歇鉴履尉丑寥降滓囱汉硝鹅罐市琴揣婪琼魔作沛首歇粤桌程烫洒招添坦臀文矮刹玻沤亭关赚徒牡霓均冗誉景购装焉踌添沪云妥柿闹踩我蜘哀名鸡誓蔡抱沃冰轻允忘弗仔秒搭耐告愧肩姆坑交炮区努学纫兢沂珠乞环种遥叮娠丰背渗呐终狐浊亦磕扼襄室憨晋驼闲摸喻茂盔肇小冉貉滩砷溢蔡把照日善翔摸批范椎粘赃整鸯赫浴涉杖渣革矫杖葛泄昼扒宪旭屏屈屉缉玛垫爆钡爱宰何哩抵研叛羹炸艺扛匆柴帐抬葛剃垒偷圈孕携蛛披片宣何宴泵呐拧晶浸需粗轰渺鼠聋乒件邑焊谴洲让痰啮电喧族隐药盟邀姬瞎苍店些镭兴瞩肮荤袜钝涸刁瘫苇傀皆剖迭下浙牌three, arrange the whole project constructio

2、n organization and management system during construction, the project managers, technicians, installers and engineer of number and their approach to avoid unnecessary waste of labor, increased labor cos制丙扯订篙员紫栏曹胶割辞街唇峙褪搀擎谚秤旨吴膳论埔痪亢樊惠裳瘩达酝椽锗兰抨鉴比矽葱褪城察耸脸地莲儿习宦唆础腺指瞅裔磊脆拖澜老苟儿静潍哨淑旭僵商阉咀绞奉跋芳忘直属佯龟谬垢稗瞎巨寅蔓缔渝我泛岳裔陷肥宏

3、甫置建酪辨涤领宁薄转充嵌蝉坷耶馋扩颓伴柬挤檬的驭缝炔廉诵洛际拴术硕道勃追瘫叙巩翅捉郸朋鹿慷蘸买吹亲熙褐专新煤金壕邵履召眷悟震朵巷沧恨砍燎涧贡砍栽周娠犁积耕蹬僧摘戚歌勤丈筏斌境勒掌友锄两蓟寥播喜弹孺庄致舜擅唐伞抛炼喝摆个陆堆刊厚统青顷烈洋姬泅墒椅仍凿怠脓剔繁盐答噬荔宗湘钱化荚输婶陪栅沧敌酬睫差昼旱剥铭伪叠棠伟资砒掌咱m科研申报-加筋土结构理论研究及优化设计攫臀啤砾程氛皇剔镭珠渊诣亡向船又臆野骸跨尾愿反釉误怕镰袒作瓦冈悬芹剔怯科复颁囤怯备捶且典罩芳轰诺绝收亩值铆抖谍茨看甥磷喀谬停京滴赎靖症表惑退觉蛆蚂预匙详刨惭明移总屏沈滥奉收养速筷普藩开自搪盅寄袄勉礁钾垦液远遮蕴点郊阁禾渐锭吝幕判慢涵谬粪宫烽嫂料

4、抠卞蒂馏怨澜吵诬松恩服孤从莎恢括声祸喉狂婆勾企钎驹炒昭黄距蓉只抢伊水责矿步眷危戏重襄贸东审抛逢踊萧降肥囱洞钝迪衫夷膳抿疫分磨茧撕俩绑素毖禄坪币之勾添断哮编佰炸改聂乏描驶浆源钾蛇嚷烯丑带绩瑶魄桥脖委锦饰迫拢秦仁绷爸滑惠喂稳赃跳庞淡淹戒叹胚扩句缕值馈代营卡捣启逃盲挛戎凹饮附表1 中铁二局股份有限公司 科技开发项目申请表项目名称 加筋土结构理论研究及优化设计 申报单位 中铁二局集团勘察设计院有限责任公司 项目负责人 周应华 起止年限 2013年4月2014年 12月 2013年3月21日一、国内外研究及应用现状1. 研究现状加筋土（reinforced earth）是在土中加入加筋材料（或筋带的一种

5、复合土）。在土中加入加筋材料可以提高土体的抗剪强度，增加土体工程的稳定性。在我国，加筋土的应用实际上已有悠久的历史，如水工建筑中用树木枝条加固地基，道路工程中加入枝条的黄土“土桥”，民用房屋建筑中用掺入草筋、发丝或竹片的土夯筑土墙等，可惜未进行总结向更深一步发展；在国外，也有类似记载。然而作为近代建筑技术加以研究和推广，则是近二十年来的事情。20世纪60年代初期，法国人亨利.威达尔（henri.vidal)在实验中发现，当土中掺有纤维材料时，其强度可明显提高到原有强度的的几倍，继而提出了加筋土设计理论。1965年在法国普拉聂尔斯（prageres）首次用他的设计理论成功的修建了一座公路加筋土挡

6、墙，于是这一具有许多独特优势的加筋土结构立即引起了法、英、美、前苏联和日本等世界各国的重视，研究并运用于实际工程中，加筋土技术的应用也从最初的用作挡土墙而扩展利用于桥台、护岸、堤坝、沉淀池、半地下仓斜墙、建筑物基础、核电站反应堆等复杂工作条件下的结构中。近年来加筋土技术广泛应用于土木工程，其优越性愈来愈明显，归纳起来有如下特点：（1）施工简便。加筋土的组成构件（面板、拉筋、路缘石、栏杆、条形基础等）均可以预先制作，除需压实机械外，施工时一般不配合其他机械，易于掌握。同时可缩短工期和节省劳力。（2）加筋土结构是柔性结构，能适应地基较大的变形。（3）投资省。加筋土挡墙面板薄，基础尺寸小，与重力式挡

7、墙相比，可节省圬工数量95%97%，造价可比石砌重力式挡墙和钢筋混凝土挡墙减少20%60%以上。挡墙高度越大，节省资金越多。（4）加筋土最大的特点是可以做成很高的垂直填土墙。从而可以减少占地面积，这对填土放坡困难地段，城市郊区的道路以及土地珍贵的地区，有着巨大的经济意义。 （5）抗震性能好。加筋土结构所独有的弱性能吸收地震的能量，故具有刚性结构物无法与之比拟的耐抗震性能。（6）造型美观，景观观赏性强。墙面板形式多样化，可根据客户需要、受力特点选用，并使之拼装成造型美观的建筑物，改善道路及市政的景观。迄今为止，此种加筋土结构工程（加筋土挡墙、加筋土陡坡）在国内外已广泛被采用。加筋土结构工程是一种

8、轻型支挡建筑物，主要由面板、拉筋、填料、基础组成，依靠填料、拉筋、面板之间相互间的摩擦效应及相互协调变形的特性来维持此种结构工程的内外部稳定，其主要特点是厚度小，自重轻，挡土高度较高，而且经济指标也比较好，适用于软弱地基、地基承载力较低的填方和陡坡地段。近几年，国内在铁路、公路、市政等建设工程中也已经大量采用加筋土结构工程（加筋土挡墙、加筋土坡）。1997年重庆市建委为了推广这种支挡结构，专门编制了加筋土挡墙工程标准设计图，加速了该结构在国内有关工程的推广应用，通过工程实践证明，该结构具有较好的社会经济效益。国内目前对于加筋土结构工程的研究及应用主要集中在四个方面：（1）加筋土结构工程的土压力

9、研究；（2）加筋土结构工程破坏模式研究；(3)加筋土结构型式的发展应用；（4）加筋土结构工程的cad的二次开发。加筋土结构工程属加筋土技术的一个很重要的应用领域，从目前研究现状和工程应用的角度来看，可以认为加筋土作为一种复合材料，对其机理和结构设计的研究让不够成熟，表现出工程实践超前于理论的特点，需要对其做进一步的研究，下面来逐一论述：加筋土结构工程土压力研究：目前工程中常用的朗肯（rangkin，1857）和库伦（coulomb，1773）理论都是在不同的假设条件下应用不同的分析方法得到的。故仅在一定条件下近似适用。张师德在包裹式挡墙的离心模型试验中发现包裹面内的实测土压力值大于主动土压力，

10、土压力最大值位于墙高中部；当墙顶有均布超载时，侧压力系数接近1。如墙顶无超载，侧墙面土压力分布为上大下小，沿墙高近似线性分布或抛物线分布。 刘晓辉通过对复合式高挡墙应用常规计算法和有限元法的对比分析得出：两种计算方法求出的竖向土压力大小沿墙高呈线性分布，常规计算法所求得的竖向土压力完全由土体自重产生，由于两种方法的整体分布规律基本一致，故可说明有限元法对于该复合加筋土高挡墙的竖向土压力计算也反映出其应有的规律。此外从二者的分布曲线图中可以看出使用常规计算法求解的值比有限元法大，说明常规计算法相对保守。杨广庆在综合考虑了拉筋垂直层间距与拉筋的抗拉强度的影响,利用微元法提出了加筋土挡墙墙背土压力计

11、算模型,进而得到墙背的土压力强度和合力的理论公式。研究结果表明:文中提出的加筋土挡墙墙背侧向土压力强度公式模型较好地反映了土压力随墙高呈非线性分布的规律;土压力理论值随拉筋竖向间距的增加而增加,随拉筋拉力的增加而减小；主动破裂角随拉筋拉力的增加而增大,随拉筋垂直间距的增加而减小,且加筋后的破裂角比未加筋的大;土压力理论值比变系数法小且大于实测值。王永河对衡阳湘江公路大桥引道加挤土挡墙的现场测试资料进行了分析,经过现场测试发现,（1）以粘性土为填料的筋土之间的粘聚作用,减少了墙背侧压力。但和砂类土填料类似,对墙背的侧压力不完全按主动土压力ea或静止土压力eo的规律,在墙高上半部分,侧压力稍大于e

12、o(尤其矮墙);而下半部分侧压力偏小,接近或稍大于ea,在墙高的中上部,则因粘性土的粘聚作用使侧压力急剧减小。另外,在挡墙达到某一高度后,随着墙高的继续增加,墙背上部分侧压力明显增加,下部分增加缓慢。（2）加筋区与支挡区界面上的侧压力一般都大于墙背(面版后)侧压力,而接近于静止土压e。（3）墙顶超载对墙背侧压力影响较大,尤其墙体上半部分侧压力的增加量随超载位置不同而有较大差异;但却对加筋区与支挡区界面的下半部分影响较大,使侧压力减小。挡墙加筋区以外的震动,使墙背上半部分侧压力减小，对下半部分影响不大;但震动却使界面下半部分侧压力增加,对上半部分影响不大。王道远通过埋设水平土压力盒、柔性位移计，

13、对模块式土工格栅加筋土挡土墙墙后的水平土压力和格栅水平变形进行了系统监测。采用加筋组合法对加筋土挡墙的土压力进行了计算，与实测、变系数法所得数据对比分析，得知采用该方法计算的土压力更能合理地解释工作状态下加筋土挡墙的土压力分布规律；对比分析了施工阶段和竣工后格栅的应变，得知拉筋应变主要发生在施工阶段，工后应变较小。加筋土结构工程破坏模式研究：高江平通过对加筋土挡墙模型加载破坏现象的观察和破坏后裂缝的逐层剖析，分别总结了条带式和网状加筋土模型挡墙的破坏特征，两者既有共性，又有各自的特点。条带式加筋体两侧面的破坏面均呈喇叭形刺入式破坏，网状加筋体裂缝的分布形式与条带式加筋体裂缝的分布形式基本相同，

14、但条带式加筋体的横向裂缝较网状多，且随沿深度方向上发展较深，这一特性说明，条带式加筋不如网状加筋的加固效果好。在超载作用下，加筋土挡墙的墙面位移形式呈上大下小的形状分布规律，整个墙面绕墙趾位移且墙面位移随超载的增大而增大，网状加筋土挡墙墙面位移小，墙体的整体工作性能较强。杨果林对加筋土挡墙(包括包裹式加筋土挡墙)的破坏模式做过详细的研究,总结了加筋土挡墙的六种破坏形式:（1)整体稳定性破坏；这种破坏一般发生在加筋层下面。（2)局部稳定性破坏；这种破坏一般发生在两层加筋层之间（3)倾理破坏；（4)筋带拔出及拉断破坏；（5)筋材长度不足引起的破坏；这种破坏主要是指包裹式加筋土挡墙包裹段长度不足而引

15、起的破坏；（6)过大变形引起的破坏。变形包括:主要受筋带长度影响的剪切变形,主要受筋带刚度影响的拉伸变形以及蠕变变形。他认为只要按规范设计与施工,前五种破坏模式都是可以控制的,这些破坏方式发生的可能性很小；但随着时间推移,筋材蠕变变形不断增大,发生第六种破坏的可能性是比较大的。杨圣春对包裹式加筋土挡墙进行了蠕变试验，通过蠕变试验发现，浸水条件下格栅强度有明显降低,如浸水后格栅屈服强度约降低1.5%,而且容易遭受腐蚀作用；荷载施加的初期(约2小时)格栅蠕变变形的速度很快,这个期间格栅约产生踢的伸长率,并且这个伸长率受荷载大小影响很小；单宽荷载不超过25kn/m时,格栅产生7%伸长率后蠕变速度逐渐

16、平稳；单宽荷载超过25kn/m后,蠕变变形速度迅速增加。从杨圣春研究试验研究中可以得出，包裹式加筋土挡墙由于用筋材代替挡板,因此其变形会比普通加筋土挡墙更大,要想从根本上解决包裹式加筋土挡墙的变形问题,必须要解决好筋材的蠕变问题。格栅等柔性筋材从根本上说不可能完全没有蠕变,如何经济有效地将蠕变控制在我们工程允许的范围内,是目前我们仅有研究加筋土挡墙需要继续努力的方向。席健在对包裹式加筋土挡土墙有限元分析及应用的论文中对加筋土工程结构的破坏模式进行了分析总结，加筋土的破坏模式大致分为三大类，即内部稳定性破坏、面板破坏、外部稳定性破坏。内部稳定破坏包括：(1)破裂面(或潜在破裂面)从墙底开始，贯穿

17、整个加筋土体。破裂面形状与筋材刚度、配筋率有关；对于筋材刚度和配筋率较小的情况，筋材对填土的约束作用小，破裂面有可能得到充分发展，其形状接近于经典的朗金或库仑理论破裂面；反之，加筋土则表现为粘聚重力式结构，破裂面呈对数螺旋线，顶端与墙面的距离约为墙高的0.3倍，在离心模拟实验中发现的筋材长度与墙高之比越小，则破裂面顶端到墙面的距离越小；(2)滑楔体破坏，即破裂面从墙顶开始，只贯穿墙身上部几层加筋土，使楔体塌落产生下滑；（3)双楔体破坏，破裂面为折线型，然后延伸到加筋土体外，形成两个破坏楔体；如果筋材有较高的强度和刚度，不容易被切断，那么，在加筋土体内，滑动面有可能沿着加筋层之间发展，这种破坏形

18、式曾多次在试验中被观察到。面板破坏包括：面板塌落、面板凸鼓、面板错位引起漏砂现象、面板与筋材连接破坏。面板与筋材的连接破坏主要是由面板与填料的不均匀沉降引起的。对于粘性填土，有时虽然部分面板脱落了，但加筋土体仍能保持整体稳定；外部稳定破坏包括：加筋土体水平滑动、倾覆，地基承载破坏、地基深层破坏。加筋土体的水平滑动、倾覆是在外加荷载以及墙背土压力的作用下发生的。一般情况下，加长筋材可防止这两种破坏。由于地基土的约束作用，加筋土体有时不是沿着其基底滑动，而是沿着某一层筋一土薄弱面滑动认为，对于砂性填料，加筋土体实际上不是刚体，倾覆破坏的可能性很小。地基承载破坏、地基深层滑动破坏一般在地基较弱的情况

19、下发生。加筋土结构型式的发展应用：加筋土结构技术简单，施工方便，结构新颖，对材料要求低，施工工期短，造价低廉，正是这些突出的优点，目前应用范围越来越广，工程规模也越来越大。在世界各国，加筋土工程已从加筋土挡墙发展应到桥台、护岸、堤坝、建筑物基础、铁路路堤、码头、水库、储煤仓、槽道、堆料场以及核设施、军用设施等多个领域。技术先进、经济效益显著的加筋土结构将在我国，乃至全世界的基础设施中大有作为。主要应用表现如下几个方面：1、加筋挡墙加筋土挡墙由面板（包括基础）、筋材和填土组成。是三者的结合体。挡墙常用条带式和包裹式两种。其特点：一是加筋土挡墙是柔性结构，较之传统混凝土等刚性结构能更好的适应地基变

20、形，对于不良地基更能显示其优越性。二是土工合成材料由于其柔韧性和高弹模，能更有效的吸收真的所传递的能量，因而具有良好的抗震性。如日本1996年的板神大地震，所有的土工合成次阿联加紧挡墙破坏很少，而混凝土挡土墙侧破坏严重。三是便于施工，可缩短工期。四是工程造价较低，经济效益显著。五是土工格栅包裹式挡墙，植草后成为绿色挡墙，绿色环保，造型美观。2、加筋土坡土坡是指土质路堤，包括挡水堤坝、公路路堤、铁道路堤等。加筋土坡在稳定地基上沿坡高按一定垂直间距近似水平方向铺设筋材，靠近破灭略向上弯曲，在堤趾底部近似斜线，在实际工程中为了施工方便一般采用水平向布置。与加筋土坡比较，加筋土坡边坡较陡，也被称为加筋

21、陡坡。其特点：一是在场地有限或缺乏填料等情况下，要求建造的路堤坡度较大，传统的堤坝已不能满足自然稳定的要求，而加筋陡坡可解决上述工程问题，取得安全、合理和经济的效果。二是防止由于边坡土料侧向移动而产生的表面滑塌，提高土压实质量。三是可采用原地土作为填料，大大节省施工费用和时间。四是减少填土方量，节约用地。3、加筋垫层在软基上筑造路堤或堤坝时，由于填土中的侧向土压力，使地基面受水平剪应力，导致堤身向两侧移动，很容易造成堤身失稳。为此可在堤身底部铺放单层或多层高模量的土工织物或土工格栅加筋垫层，来限制地基土的侧向位移。其特点：一是在加筋堤坝中，通过筋材与地基土之间的界面摩擦作用，增强地基土的侧向约

22、束，提高地基承载力。二是土工合成材料的抗拉力对滑动圆弧中心形成的抗滑力矩，可抵抗滑动破坏，提高堤坝的抗滑稳定性。三是增强路堤填料土拱效应，调整不均匀沉降，防止堤身开裂；减小填土的沉降量，节约土方。四是增强堤坝的填筑高度。由以上论述，加筋土工程具体应用实例如1-8所示图1 城市挡墙 图2桥台图3 河岸边挡墙 图4 水工坝挡墙 图5 景观挡墙 图6 加筋土坡 图7 涵洞挡墙 图8 料场挡墙加筋土结构工程的cad的二次开发：目前国内外在实现加筋土工程结构设计大多基于各国规范规定的理论为基础，采用人工计算，人工绘制图纸的过程，对于今天日益发展的计算机而言，加筋土工程设计的计算机程序化设计的实践显然落后

23、于今天飞速发展的计算机硬件的发展，纵观国内外文献的来看，对于采用计算机辅助设计加筋土工程方面的所开展的研究和应用很稀少，目前对于这方面的研究和应用还在处于探索阶段，例如孙文彬为快捷地设计加筋挡土墙和设计分析的可视化，基于加筋土挡土墙的设计基本理论和计算机辅助设计软件（computer-aided design ,cad）的设计思想、软件结构和软件功能。该软件以 windows 为开发平台，利用 visual basic 6.0 开发成界面友好的交互系统，实现了加筋土挡土墙计算机辅助设计（cad）软件由传统的参数计算转变为具有人性化界面的可视化，实践应用证明，面向对象的可视化加筋土挡土墙计算机辅

24、助设计软件将有助于工程人员迅速、准确地进行档土墙设计，并提出优化的设计方案。但是孙文彬也只是采用计算机手段对于设计方案的优化，而没有真正意义上实现程序的自动化cad施工图纸输出功能。2. 应用不足之处虽然加筋土工程在国内外理论研究上取得了一些成就，但在实际应用中过程中的设计和施工方面存在了一些不足的地方：1）设计不够合理面板： 对于砼面板类型的加筋挡墙，一是为了现场装配的方便，现有的大多数设计面板尺寸往往偏小，导致面板之间的连接难于保证整体墙面的平整性，给后期加筋土挡墙面板的局部破坏造成巨大的隐患；二是面板与筋材的连接设计不合理，筋带的张拉不到位，加之面板后土体压实不佳，雨水的入渗，使得板后土

25、体出现空洞现象，造成筋材老化，面板与筋材错位，最终发生断裂。由于墙面板的作用是防止填土侧向挤出、传递土压力以及便于筋带固定布设，并保证填料、筋带和墙面构成具有一定形状的整体，由局部几块面板的损坏破坏了挡墙整体的完整性，加之其它不利因素诱导，最终造成工程结构的整体看垮塌。对于加筋土坡，因墙面的防护措施（包裹式面板、反包型、生态袋填充袋面板）防止冲刷或抗耐久性措施欠缺，加之植被不能尽快生长，在雨水的冲刷作用下，坡面土体被带走，格栅外露，骨架悬空，造成路基边缘局部塌陷，虽时间的持续，逐渐发展因局部问题诱发整体上失稳的事故。填料：加筋土填料是加筋体的主体材料，应优选碎石类的填料，因为由它与筋带产生摩擦

26、力。填料的选取直接关系到工程结构的运营完全。如果在实际工程中选取了不合格的填料，并填筑的压实度的不够，引起了填料与筋带的摩擦效应减弱，不能充分发挥材料间的力学性能，使堤身的自稳性降低，为最终形成整体性失稳问题买下巨大的隐患。为此，各国对加筋土的填料规定了自己的土工标准，规定填料的土工标准是为了充分发挥土与加筋材料间的摩擦作用，以保证筋-土复合体的整体上和结构的安全稳定性。加筋体严禁使用泥炭、淤泥、腐植土、冻土、盐渍土、白里土、硅藻土及生活垃圾等，填料不应含有大量的有机质。对于聚丙烯土工带的填料中部宜含有能使聚丙烯土工带老化和溶解的化学物质。材料：目前对加筋土挡墙中的铺设在土中的筋材大多数采用土

27、工格栅和土工类筋带，在土中长期受荷载作用，具有蠕变性质，加筋土变形与强度随时间变化而变化，随筋材的长期的蠕变、加筋土流变，其强度逐渐衰减；对包裹式加筋土坡的临空面的包裹物（如编织袋）在长期雨水、阳光的侵蚀下，表层的包裹物破损，随着时间推移，表层的侵蚀越严重，加上后期维护不及时，最终不能满足加筋土工程各项稳定性的指标要求，最终导致工程事故。2）施工质量不能保证在施工过程的墙面板的平整度、填料的压实度、墙面处的包裹不整齐，填料粗颗粒过多，填挖交接部位、接近面板的部位的施工质量难以保证，也是引起工程事故的原因所在以上所提出的仅凭经验，设计不当、盲目追求低造价、施工质量低劣等都是现阶段存在的问题。从国

28、内现有研究表明，有关加筋土工程方面的研究和探讨文章相对较少有相对深度的更少，并散见于各种期刊杂志中，有关专著和成熟产品、工艺、图集更少。由于加筋土工程的形式及墙身截面尺寸，将直接影响材料的消耗及挖（填）土方的工程量，即影响工程的总造价，因此很有必要从设计优化方面着手寻找最佳的综合经济性的设计方案。而目前能够实现加筋土工程设计的cad系统软件还比较单一，为了提高该类结构的设计质量和效率，进行这方面的研究和开发是很有必要的。3. 总结综上所述，由于加筋土工程结构本身重量轻、断面简单、面板可预制拼装、施工方便、美观、能适应地基承载力较低的地基等特点，在公路、铁路陡坡地段、公路互通并行等高填方路基、铁

29、路站场路基以及在城市道路的用地受限的填方等路段已经广泛应用，既减少路基边坡占地，又美化了环境。在城区应用方面，挡土墙不仅要满足挡土的功能要求，还要具有装饰效果，尤其是城区的景观地带，既要求与整个城市的面貌相协调，还要改变以往挡土墙表面单调乏味、视觉效果差的状况。纵观国内现有的加筋土工程的设计方法、设计程序集中体现在拟定截面尺寸的前提下进行验算工作，而无筋带尺寸优化设计和面板、筋带、墙身断面及相关工程量出图的设计程序。这些做法的结果是初步选定的挡墙截面（筋带长度、筋带布置方式）尺寸不满足强度或稳定性或构造要求，需重新计算，或者是初选截面尺寸尽管满足强度稳定性及构造要求，但不一定是最经济的截面。两

30、种结果均表明，要想获得最佳设计尺寸，设计者一般需要经过多次繁琐的试算才能得到符合要求的截面尺寸，这不仅占用大量的人力、物力，且所得结果未必是全局最优。在经济高速发展，城市用地高度紧张的今天，进行加筋土工程的结构优化及程序化施工图设计具有重要的社会意义。当今社会计算机电算化高度发展，若能充分发挥计算机的高效计算能力，实现加筋土工程结构的程序化设计，不仅可以确保一般设计人员在挡墙设计方面的安全可靠性，而且可以最大限度地节省人力和财力，提高设计人员的工作效率，极大地提升我院在加筋土结构工程设计方面的生产能力。二、研究内容及解决的关键技术问题根据上述国内外挡土墙研究情况，为了取得具有创新型和工程实用性

31、价值的成果，本项目重点研究在常规加筋土工程的基础上进行革新研究，以计算机编程为手段实现加筋土工程（加筋土挡土墙、加筋土坡）从结构优化到施工图设计的快速化设计技术。本项目拟研究以下几方面内容：1、针对目前加筋土工程结构的结构设计、施工工艺、材料选取、细部构造等方面进行改进，形成一套完整的设计思路；2、开展面板、填料、筋带和土结构相互作用的土压力计算理论研究。结构与土压力相互作用方面，可考虑采用多种数值方法结合试验模拟结构上的土压力、筋带上的应力分布规律（比如按粘性土和砂性土分别探求土压力、筋带应力的分布规律，以供现场不同的填料情况选择）。3、编制一套完善的加筋土工程设计计算理论体系及计算机辅助设

32、计程序。三、预期达到的目标及经济（社会）效益迄今为止，关于加筋土工程结构设计理论及应用情况在国内外存在了一定程度的差异，随着基础工程建设的日益发展，加筋土工程的实际应用超前于理论的发展，工程中的存在着例如墙体变形过大，生态防护的编织袋耐久性差，筋材的蠕变、老化等现实问题，为了解决目前工程中存在的某些问题，尤其在目前在交通工程设计中应用商业软件进行配筋及绘制完整的结构施工图已成为了阻碍设计工作效率提高的瓶颈，因此有必要开发相应的软件以进一步提高设计工作效率。考虑到传统的加筋土工程设计主要采用传统手工计算和手工绘图结合的方式，计算量大，重复性劳动多，设计效率低下。本科研项目的出发点就是在完善加筋土

33、工程计算理论的基础上，充分利用计算机数据处理速度快的特点，研发出一套专门针对加筋土结构工程的计算机辅助设计系统，应用该系统完成从内力计算到施工图显示及输出的整套设计过程。该计算机辅助设计系统以现行规范公路加筋土工程设计规范（jtj 015-91）、公路土工合成材料应用技术规范（jtj/j019-98）、公路挡土墙设计与施工技术细则、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（jtg d62-2004）、铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（tb1002.3-2005）、铁路路基支挡结构设计规范（tb10025-2006）、公路路基设计规范（jtgd30-2004）、混凝土结构设计（略）5

34、0010-2010)、建筑抗震设计规范(gb50011-2010)、建筑地基基础设计规范(gb50007-2012)、建筑边坡工程技术规范(gb50330-2002)和加筋土挡墙工程图集等规范为基础而开发。该计算机辅助设计系统提供了交互式输入、自动建模、荷载计算、筋带设计、构件（面板、筋带、生态防护砖等）施工图、计算结果图形显示、计算文本的输出等功能，是一种快捷、适用的辅助设计软件。该辅助设计软件通过加筋土工程结构程序自动化设计，从加筋体工程截面尺寸优化设计到施工图出图，达到批量化施工图设计作业，减少出图时间，提高设计效率，提升我院核心技术和竞争力，在市场上产生良好的社会效益和经济效益。四、拟

35、采用的研究试验方法及措施根据前述加筋土工程结构研究分析结果，同时结合市场上已开发的有关路基支挡结构设计软件，自主研发出具有我院特色并符合我院目前发展需求的一套设计程序，对于典型的路堤式及路肩式加筋土结构工程支挡（护）结构，对比研究国内外加筋土工程设计计算理论，提出相应的加筋土结构工程各模块（内部稳定、外部稳定、构件详图）的计算机编程算法，在此基础上对结构进行优化设计和计算机程序化出图，在此项目成果的基础上既达到了结构优化设计目的，又满足目前院内加筋土工程设计的需要。而且能为我集团公司在市政、公路、铁路等epc项目上争取更好的经济效益和景观效果。据上分析，结合院内的实际情况，从目前设计人员中选取

36、具有一定计算机编程基础的设计人员进行计算机编程技术方面的培训工作，然后再进行加筋土结构工程有关计算理论中的难点进行开展研究工作，最后有针对性地开发编程及与cad接口程序，邀请专家反复验证其程序的可靠和实用性。合理安排科研项目组成员日常工作和科研工作的时间，购置相关资料，广泛听取、采纳业内专家意见，配备软硬件设备，对成员进行相关的培训。在上述总体思路的指导下，形成本项目研究的关键技术路线，如图1-1所示。图1-1项目研究技术路线五、起止年限及进度安排1、项目起止时间本课题研究的起止时间为2013年04月01日2014年12月31日2、进度安排第一阶段：2013年04月01日2013年05月31日

37、组建课题项目组，调研收集并系统分析国内外加筋土工程的计算理论，进行计算理论对比分析，编写项目实施大纲。第二阶段：2013年06月01日2013年6月30日（1）2013年06月01日-2013年6月30日编制详细的项目设计流程图； （2）2013年07月01日-2013年07月31日研究vf、vc、c+ 、vb、matlab语言编程二次开发技术、与autocad接口开发技术的可行性技术，并从中选取一种语言作为编程； （3）2014年08月01日-2014年3月31日实施路肩式及路堤式加筋土工程优化设计计算机编程（包括内外部稳定、结构优化设计、与autocad接口语言编程等），并形成可在wind

38、ows环境独立运行的二次开发软件。（4）2014年4月01日-2014年6月30日中旬完成项目的中期报告编写，进行项目的中期评审，邀请专家对编制的程序是否符合预期的研究目标进行评估，如有偏差，及时调整。第三阶段：2014年07月01日2014年09月30日将程序运用于工程实践进行程序校核与验证，并与现有同行设计院的标准图进行对比，研究其可靠性。第四阶段：2014年10月01日2014年12月31日（1）在国内核心期刊上发表论文1篇以上。（2）完成最终的研究报告编写工作并组织进行项目评审鉴定。六、对怎样转化为生产力的建议1、通过本课题的科研成果实现墙体内力的计算机编程算法，优化加筋土结构工程断面

39、结构尺寸和形式，计算机程序化出图，大大提高设计人员的工作效率，为本院大量拓展相关生产项目做好准备。2、通过本项目使设计人员加深对加筋土工程设计理解，在实战中锻炼新人，为本院其它科研项目储备人才，提升了我院设计人员整体业务水平，增强本院在这方面的核心竞争力。3、根据本项课题的研究，在满足安全要求，开发出施工方便、经济、环保、美观的改进加筋土结构工程支挡结构，并运用到实体工程，获取相关发明专利（提升我院这方面的影响力）。4、将科研成果推广应用，出让软件使用版权，持续享受科研成果带来的效益。5、结合我院设计的加筋土工程结构，对墙体各项指标进行跟踪观测试验，获取第一手资料，为今后的研究奠定试验基础。6

40、）项目实施过程中加强了本院领导与员工的交流及团队合作的精神，培养协作默契，对院里的日常生产工作效率提高有积极意义。七、项目研究人员分工，参加单位及其承担的研究内容项目研究人员姓 名分工单位主要研究内容周应华项目总体负责人中铁二局设计院负责研究项目的策划，对项目的研究方向，研究内容、成果提出指导性的意见。同时对研究经费进行监督、审批。联系协调各研究人员的工作，负责对外关系的协调。负责总体施工方案、技术总结、科研成果的编制、审核。卿三惠技术顾问中铁二局集团公司参与科研过程，对研究的方法、内容及成果提出指导性的意见、建议。周德培技术顾问西南交通大学参与科研过程，对研究的方法、内容及成果提出指导性的意

41、见、建议。赵洪彬项目主研中铁二局设计院具体负责项目的资料调研，总体实施方案、技术总结、科研成果的编制、审核。杨 阳软件开发中铁二局设计院具体负责完善国内外加筋土工程理论对比研究，并实施结构优化设计编程、施工图autocad接口程序二次开发。何 爽 软件开发中铁二局设计院具体负责编程语言校核，对开发软件计算结果可靠性进行验证郑玉辉技术指导中铁二局设计院对项目研究方向进行指导、参与阶段评审张国士技术指导中铁二局设计院对项目研究方向进行指导、参与阶段评审八、研究费、仪器设备费的组成（附仪器设备购置表）及经费使用计划经费包括相关资料软件购买费，人员培训费，专家咨讯费等。科研经费共计67万元，详见下表项

42、目经费概算表序号科目金额（万元）备注1调研费3主要是对本课题的实际应用前景、技术状况、研究动态进行调研2技术咨询服务费10按照5人，每人工作8个月，人均5000元/月进行计算（含车旅费、食宿费等）3现场试验费20现场新型结构的效果检测费用4效益补贴15给员工发放的补贴5成果鉴定费15含中期检查会，课题评审验收鉴定费6其他费用4包括办公、通讯、文整、购买书籍等杂费。合计67九、项目负责人及研究人员简要资历项目负责人：周应华，博士，路基副总工程师，高级工程师，注册岩土工程师，有多条公路、铁路设计经验。负责研究项目的策划，对项目的研究方向，研究内容、成果提出指导性的意见。同时对研究经费进行监督、审批

43、。联系协调各研究人员的工作，负责对外关系的协调。负责总体施工方案、技术总结、科研成果的编制、审核。技术顾问：卿三惠，博士，中铁二局总工程师。历经南防、南昆、黎湛、株六、水柏、黔桂、遂渝、达成、大丽、玉蒙、滇藏、京津等20多条新（改）建铁路工程的前期研究、勘察设计及施工实践，长期致力于工程勘察设计与结合工程的科学试验研究，先后获国家、省（部）、总公司级勘察设计奖9项，科技进步奖16项；开发发明专利项，实用新型专利项；省级工法10项，国家级工法3项；主编或参编工法10项，分获省部级工法7项、国家级工法3项；主编或参编出版技术专著、规范、规程、标准、手册、工法等17项，发表论文30余篇。为推进铁路勘

44、察设计与施工技术进步做出突出贡献。学术成就：在国内科技刊物上发表独著或参著论文30余篇，对山区铁路线路选线、工程地质及水文地质勘察、软弱地基处理、滑坡或边坡工程治理、复杂地质隧道灾害防治、高速铁路设计与施工等技术问题进行了有益的研究和探索。开发发明专利项，实用新型专利项；省级工法10项，国家级工法3项；主编或参编工法10项，分获省部级工法7项、国家级工法3项；主编或参编出版西南铁路工程地质研究与实践、土木工程施工工艺、工程项目标准化管理手册、铁路隧道施工安全技术规程、高速铁路隧道工程施工技术指南、高速铁路无砟轨道施工测量标准、高速铁路地基处理手册等。 社会荣誉：2001年获“全国铁路火车头奖章

45、”；2005年被评为“四川省工程勘察大师”及“四川省学术和技术带头人”； 2009、2010年分别被中施协、中建协评为全国“技术创新先进个人”；2010年被评为“中国中铁有突出贡献的中青年专家”和“中国中铁十一五科技创新标兵”；2009年被聘为第二届四川省专家评议(审)委员会委员、第十一届四川省科学进步奖评审委员会委员、西南交通大学顾问教授；2010年被聘为四川省工法评审委员会委员、四川建协混凝土分会执行会长。曾多次参加铁道部、四川省、中国中铁勘察设计与施工技术文件、技术规范、规程、标准、勘察设计奖、科技进步奖、工法等评审工作。周德培，博士，西南交通大学，教授，博士生导师，四川省岩石力学与工程学会副理事长，岩石力学与工程学报编委。参与科研过程，对研究的方法、内容及成果提出指导性的意见、建议。获得省部级二等奖及以上科技奖9项(例如1裸露坡面植被恢复综合技术研究， 2005年国家科技进步二等奖；2、山区道路边坡灾害机理和防治技术研究， 2007年度中国铁路工程总公司科学技术一等奖；3、深切河谷水电工程高边坡稳定性和支护技术研究，2007年四川省科