首届全国大学生岩土工程竞赛加筋土挡墙参赛作品设计方案
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首届全国大学生岩土工程竞赛 参赛作品设计方案
参赛学校： 组 长： 电子邮件： 组 员： 组 员： 指导教师：
电 话： 电 话：
二〇一五年 月 日
--
一、 方案简述
1 模型图与说明
图 1-1 挡墙整体示意图
图 1-2 挡墙单元示意图
表 1-1 挡墙各结构说明
编号 1 2
3
名称 挡墙面板 斜拉筋
挡墙侧板
由有机玻璃直尺与纸板白面等材料实验得
由有机玻璃直尺与纸板灰面等材料实验得
由长 20cm，宽 1cm、1.5cm、2cm 的纸筋各 3 条作抗拉强度试验测得。
2.2 前提假设
① 土压力计算中，视土体为弹性半空间体。由边界效应、土的不均匀性、非连续性等性
质产生的计算误差在构造措施中考虑。
2.3 计算简图和计算策略 为简化计算，先不考虑砂土的边界效应和附加荷载在砂
土中应力不均匀扩散的影响，且偏安全地不考虑挡土墙侧板
在与箱体间的摩擦。由此将挡墙体系简化为平面问题，如图
2-1 所示。其中各力代表项如下： q1：作用在挡墙面板上的侧向土压力，因挡墙倾角接近
90 度，且墙背较光滑，由此假定 q1 垂直于挡墙面。 q2：作用在挡墙底板上的竖向土压力 q3：箱体对挡墙底板的支持力
接长度
测试纸筋抗拉强度 测试纸筋连接强度
构
增加底板与侧板
计算底部竖向应力
件
抗力
挡墙侧板
上的压应力
计算两侧静止土压力
性
体系
能
格室
确定合适的接触面
测试接触面摩擦系数 测试格室摩擦力增幅
挡墙底板
形式与面积
板
简化模型，进行整体受力分析，确定挡土墙设计方案
本设计方案将挡墙视作由承力体系、传力体系、抗力体系构成的一个整体，而这三个体系 又分别由挡墙面板、斜拉筋、挡墙侧板、格室、挡墙底板、板肋六个主要构件组成。根据各构 件的受力特征确定分项设计目标与任务，再进行整体受力分析确定设计方案。
⑤ 考虑到 Fy1 的作用面极小，结合实际情况偏安全地忽略 Fy1 作用点所产生的摩擦力。
⑥ 先确定底板长度为 14cm、面板高度为 40cm、斜拉筋中轴
线与底板尾端相距 2cm，再假设两个底角角度进行试算，直至上
述所得安全系数大于一定的值后，可视为获得理想的解。若安全
系数一直无法大于 1，则考虑通过其他方式改进方案。 2.4 理论选用
③ 斜拉筋可视为如右图所示的二力杆，在计算得 Ft 后，根据 实验测得的纸筋抗拉强度来确定斜拉筋宽度。
④ 底板是无限次超静定结构，不易设置约束。由于斜拉筋所
给 Fy2 产生的倾覆力矩，使箱体对挡墙底的支持力向前集中。由
此，在挡墙稳定的情况下，假设 q3 分布图形为上底宽、下底窄的 直角梯形。由静力分析得 f1+f2、q3（上底）、q3（下底）三个未 知数，再将 f1、f2 与挡墙底板上下面的正压力之比和实验所得的 最大静摩擦系数相比较，并设置一定的安全系数。
面板为不经双面胶连接的整体。
4. 细部尺寸如图 1-3 所示。挡墙脚距临空面 1cm，为建造过程中可能发生的变形和位移预留空间。
--
2 设计思路
图 1-3 挡墙尺寸
目标
任务
通 过
承力 体系
挡墙面板
减少砂土侧压力
计算砂土侧压力、确 定面板角度
构
造
措 施 加
传力 体系
强
板肋 斜拉筋 格室
确定拉筋长度、 宽度、角度与连
--
二、计算书：
1 设计准备
2.1 条件
表 2-1 基本条件
项目wk.baidu.com
值
备注
砂土重度
取组委会所提供的最大干密度换算得
砂土内摩擦角
墙背（灰面）与砂土摩擦角 砂土黏聚力 C 砂土泊松比 纸板白面与有机玻璃的摩擦 因数μ 纸板灰面与有机玻璃的摩擦 因数μ
纸筋抗拉强度
70.9N/cm
由级配较差的粗砂性质估计 由“格室摩擦力增幅测试实验”得 由级配较差的粗砂性质估计 查阅文献资料得[3]
2 提供斜拉筋与底板之间稳定的连接面，传递侧压力至底板
5
挡墙底板 灰底白纸板 1 与箱体产生摩擦力提供部分抗力 2 提供传递自斜拉筋的侧压力与砂土竖向压力的平衡载体
1 提供挡墙面板与斜拉筋之间稳定的连接面，传递侧压力至斜拉筋
6
板肋
灰底白纸板 2 提高面板刚度 3 提高面板平行于面板方向的抗压性能
4 兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形
注：1. 用于粘接的构件接头在图中未完全画出。
2. 经测试，灰底白板纸白面之间用双面胶连接的连接强度远高于灰面与灰面之间、灰面与白面之间的连
接强度，故重要传力构件的连接处均采用白面与白面连接，如斜拉筋与板肋、格室之间的连接。
3. 为提高面板竖向刚度，挡墙面板在水平方向均分为三个单元分别制作后再粘接在一起，且板肋和挡墙
件的插值函数拟合应力分布情况，获取更符合实际情况的应力分布函数及分布图像以作参考。
--
2 土体竖向应力计算
竖向应力由填土自重、竖向附加荷载产生的竖向应力组成。 底板所受土的竖向应力通过下式计算：
材料 灰底白纸板 灰底白纸板
灰底白纸板
功能 1 承受沙土侧应力 1 连接板肋与挡墙底板，传递侧压力至底板 1 提高面板刚度 2 提高面板平行于面板方向的抗压性能 3 与箱体产生摩擦力提供部分抗力 4 兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形
4
格室
灰底白纸板
1 固沙，提高格室内沙土与格室上方沙土的摩擦力以增强挡墙底部 的整体抗力
图 2-2 挡墙各构件受力分析-从上至下 分别是挡墙面板、斜拉筋、挡墙底板
① 通过库伦土压力理论计算砂土本身对挡墙产生的侧应力。
② 通过积分明德林解的竖向分量和水平分量来计算竖向附加荷载在挡墙面板产生的侧压
力和挡墙底部产生的竖向应力。
2.5 辅助计算软件
在 Visual Basic 中为各类应力解析式编程，计算各组应力计算点的应力值，并用 Matlab 软
Fy：箱体对挡墙角的支持力 f1：格室内砂土和格室上方砂土之间的摩擦力 f2：箱体对挡墙底板的摩擦力
图 2-1 挡墙结构平面简化示意图
--
再将该体系分割为如图 2-2 所示的三个构件，简化过程与计算策略分析如下： ① 通过将挡墙划分为三个单元并加以板肋和格室的构造，使挡墙面板在简化为平面问题后 可视为具有一定轴向抗压强度的杆件。 ② 挡墙面板假设为具有如右图约束的的静定结构，算得 砂土侧向应力 q1 后，通过静力平衡分析可解得斜拉筋拉力 Ft、 挡墙面板在墙脚处传递给箱体的竖向压力 Fy1、传递给挡墙底 板的水平拉力 Fx1。若挡墙面板中部抗弯强度不足，可在中部 再设置斜拉筋。
首届全国大学生岩土工程竞赛 参赛作品设计方案
参赛学校： 组 长： 电子邮件： 组 员： 组 员： 指导教师：
电 话： 电 话：
二〇一五年 月 日
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一、 方案简述
1 模型图与说明
图 1-1 挡墙整体示意图
图 1-2 挡墙单元示意图
表 1-1 挡墙各结构说明
编号 1 2
3
名称 挡墙面板 斜拉筋
挡墙侧板
由有机玻璃直尺与纸板白面等材料实验得
由有机玻璃直尺与纸板灰面等材料实验得
由长 20cm，宽 1cm、1.5cm、2cm 的纸筋各 3 条作抗拉强度试验测得。
2.2 前提假设
① 土压力计算中，视土体为弹性半空间体。由边界效应、土的不均匀性、非连续性等性
质产生的计算误差在构造措施中考虑。
2.3 计算简图和计算策略 为简化计算，先不考虑砂土的边界效应和附加荷载在砂
土中应力不均匀扩散的影响，且偏安全地不考虑挡土墙侧板
在与箱体间的摩擦。由此将挡墙体系简化为平面问题，如图
2-1 所示。其中各力代表项如下： q1：作用在挡墙面板上的侧向土压力，因挡墙倾角接近
90 度，且墙背较光滑，由此假定 q1 垂直于挡墙面。 q2：作用在挡墙底板上的竖向土压力 q3：箱体对挡墙底板的支持力
接长度
测试纸筋抗拉强度 测试纸筋连接强度
构
增加底板与侧板
计算底部竖向应力
件
抗力
挡墙侧板
上的压应力
计算两侧静止土压力
性
体系
能
格室
确定合适的接触面
测试接触面摩擦系数 测试格室摩擦力增幅
挡墙底板
形式与面积
板
简化模型，进行整体受力分析，确定挡土墙设计方案
本设计方案将挡墙视作由承力体系、传力体系、抗力体系构成的一个整体，而这三个体系 又分别由挡墙面板、斜拉筋、挡墙侧板、格室、挡墙底板、板肋六个主要构件组成。根据各构 件的受力特征确定分项设计目标与任务，再进行整体受力分析确定设计方案。
⑤ 考虑到 Fy1 的作用面极小，结合实际情况偏安全地忽略 Fy1 作用点所产生的摩擦力。
⑥ 先确定底板长度为 14cm、面板高度为 40cm、斜拉筋中轴
线与底板尾端相距 2cm，再假设两个底角角度进行试算，直至上
述所得安全系数大于一定的值后，可视为获得理想的解。若安全
系数一直无法大于 1，则考虑通过其他方式改进方案。 2.4 理论选用
③ 斜拉筋可视为如右图所示的二力杆，在计算得 Ft 后，根据 实验测得的纸筋抗拉强度来确定斜拉筋宽度。
④ 底板是无限次超静定结构，不易设置约束。由于斜拉筋所
给 Fy2 产生的倾覆力矩，使箱体对挡墙底的支持力向前集中。由
此，在挡墙稳定的情况下，假设 q3 分布图形为上底宽、下底窄的 直角梯形。由静力分析得 f1+f2、q3（上底）、q3（下底）三个未 知数，再将 f1、f2 与挡墙底板上下面的正压力之比和实验所得的 最大静摩擦系数相比较，并设置一定的安全系数。
面板为不经双面胶连接的整体。
4. 细部尺寸如图 1-3 所示。挡墙脚距临空面 1cm，为建造过程中可能发生的变形和位移预留空间。
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2 设计思路
图 1-3 挡墙尺寸
目标
任务
通 过
承力 体系
挡墙面板
减少砂土侧压力
计算砂土侧压力、确 定面板角度
构
造
措 施 加
传力 体系
强
板肋 斜拉筋 格室
确定拉筋长度、 宽度、角度与连
--
二、计算书：
1 设计准备
2.1 条件
表 2-1 基本条件
项目wk.baidu.com
值
备注
砂土重度
取组委会所提供的最大干密度换算得
砂土内摩擦角
墙背（灰面）与砂土摩擦角 砂土黏聚力 C 砂土泊松比 纸板白面与有机玻璃的摩擦 因数μ 纸板灰面与有机玻璃的摩擦 因数μ
纸筋抗拉强度
70.9N/cm
由级配较差的粗砂性质估计 由“格室摩擦力增幅测试实验”得 由级配较差的粗砂性质估计 查阅文献资料得[3]
2 提供斜拉筋与底板之间稳定的连接面，传递侧压力至底板
5
挡墙底板 灰底白纸板 1 与箱体产生摩擦力提供部分抗力 2 提供传递自斜拉筋的侧压力与砂土竖向压力的平衡载体
1 提供挡墙面板与斜拉筋之间稳定的连接面，传递侧压力至斜拉筋
6
板肋
灰底白纸板 2 提高面板刚度 3 提高面板平行于面板方向的抗压性能
4 兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形
注：1. 用于粘接的构件接头在图中未完全画出。
2. 经测试，灰底白板纸白面之间用双面胶连接的连接强度远高于灰面与灰面之间、灰面与白面之间的连
接强度，故重要传力构件的连接处均采用白面与白面连接，如斜拉筋与板肋、格室之间的连接。
3. 为提高面板竖向刚度，挡墙面板在水平方向均分为三个单元分别制作后再粘接在一起，且板肋和挡墙
件的插值函数拟合应力分布情况，获取更符合实际情况的应力分布函数及分布图像以作参考。
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2 土体竖向应力计算
竖向应力由填土自重、竖向附加荷载产生的竖向应力组成。 底板所受土的竖向应力通过下式计算：
材料 灰底白纸板 灰底白纸板
灰底白纸板
功能 1 承受沙土侧应力 1 连接板肋与挡墙底板，传递侧压力至底板 1 提高面板刚度 2 提高面板平行于面板方向的抗压性能 3 与箱体产生摩擦力提供部分抗力 4 兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形
4
格室
灰底白纸板
1 固沙，提高格室内沙土与格室上方沙土的摩擦力以增强挡墙底部 的整体抗力
图 2-2 挡墙各构件受力分析-从上至下 分别是挡墙面板、斜拉筋、挡墙底板
① 通过库伦土压力理论计算砂土本身对挡墙产生的侧应力。
② 通过积分明德林解的竖向分量和水平分量来计算竖向附加荷载在挡墙面板产生的侧压
力和挡墙底部产生的竖向应力。
2.5 辅助计算软件
在 Visual Basic 中为各类应力解析式编程，计算各组应力计算点的应力值，并用 Matlab 软
Fy：箱体对挡墙角的支持力 f1：格室内砂土和格室上方砂土之间的摩擦力 f2：箱体对挡墙底板的摩擦力
图 2-1 挡墙结构平面简化示意图
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再将该体系分割为如图 2-2 所示的三个构件，简化过程与计算策略分析如下： ① 通过将挡墙划分为三个单元并加以板肋和格室的构造，使挡墙面板在简化为平面问题后 可视为具有一定轴向抗压强度的杆件。 ② 挡墙面板假设为具有如右图约束的的静定结构，算得 砂土侧向应力 q1 后，通过静力平衡分析可解得斜拉筋拉力 Ft、 挡墙面板在墙脚处传递给箱体的竖向压力 Fy1、传递给挡墙底 板的水平拉力 Fx1。若挡墙面板中部抗弯强度不足，可在中部 再设置斜拉筋。