公路高填方涵洞土压力变化规律及计算方法研究

通过模型试验研究了狭窄沟谷沟心设涵、宽坦地形沟谷沟心设涵和岸坡脚设涵三种边界条件下高填方涵洞涵顶土压力随填土高度变化的规律,以及高填方涵洞的拱效应。试验结果表明,涵顶填土达到一定高度以后,在涵顶上方将产生拱效应,使涵洞顶上的土压力小于理论土压力。但由于高填方涵洞上方路基填料的特点,这种拱效应具有不稳定性,使涵顶土压力随填土高度成非线性变化增加。根据高填方涵洞的土压力变化规律及拱效应特点,提出了计算高填方涵洞非线性土压力计算理论和方法,得出三种边界条件下的非线性土压力计算公式,并通过算例证明了应用该公式计算高填方涵洞土压力的合理性。成果对高填方涵洞土压力计算、结构设计有应用参考价值。     

高填方涵洞土压力分析及减荷措施

针对山区公路高填方涵洞的特点,对高填土涵洞的土压力计算理论及现状进行了论述,分析了现行规范对涵洞土压力的计算方法以及参数选取,提出了高填方涵洞土压力的主要减荷措施,为设计和施工人员提供参考。     

高填方涵洞土压力研究现状探析

高填方涵洞土压力计算没有明确方法,对国内外现状高填方涵洞土压力的计算方法进行了概述和评价分析,并指出在现阶段研究结果上的未来高填方涵洞研究方向,对高填方涵洞的研究、设计有一定的参考价值。     

高填方涵洞减荷中的土拱效应分析

通过在涵顶铺设EPS板对高填方涵洞进行减荷的方法,进行了涵顶土体中土拱效应的机理分析,结果表明：土拱效应的产生应同时满足三个条件：当涵顶EPS板压缩变形大于两侧土体的压缩变形时,即涵顶平面内外土柱产生沉降差-δ,填土要达到一定的高度,土体拱脚的存在;同时,通过土体抗剪强度的发挥,涵顶土体内部应力向两侧重分布,此时的土拱具有不稳定的特点。     

高填涵顶垂直土压力计算理论研究

目前,高填涵洞已广泛应用于交通等基础设施领域,但涵顶垂直土压力作为其结构设计主要荷载,国内外尚无统一的计算理论或方法,在设计时存在着安全和经济两方面的矛盾,因此,有必要对其主要土压力理论适用性做进一步研究。本文在分析这些土压力计算理论机理的基础上,结合一高填涵洞现场实测涵顶垂直土压力,对监测数据与主要土压力理论计算数值进行了对比;分析讨论了高填涵顶垂直土压力的特点及各种土压力理论对其计算时的优缺点和适用范围;其成果可供其它相似工程设计参考。     

碎散体高填方涵洞压力计算理论

本文在碎散体高填方涵洞受力分析与压力传递机机理分析的基础上，导出了压力拱的形状为半椭圆形，并建立了碎散体高填方涵洞拱顶压力计算理论。以李子亚煤矿内广场碎散体高填方涵洞为例，理论计算结果与现场压力监测值基本一致。     

山区公路高填方涵洞减载方法及试验研究

提出了高填方涵洞加筋减载方法及加筋桥减载概念,用模型试验证明了高填方涵管加筋减载的有效性、加筋减载的合理布筋方式、影响加筋减载效果的因素。试验结果表明,应用加筋桥减载结构可在高填方涵洞上方形成一个结构明确而较稳定的卸荷结构-“加筋桥”,通过加筋桥的承载作用,有效地把涵顶的垂直土压力传递到涵台外的填土上,从而达到减载目的。采用数值模拟计算方法研究了加筋减载的力学机理,通过现场试验证明了加筋减载的良好效果。试验研究结果表明,高填方涵管加筋减载方法具有机理明确、施工操作简便、质量易于保证,安全可靠的特点。这种减载方法不但适用于高填方涵洞,而且适用于其他各种填埋式地下洞室的减载。     

考虑土拱效应的黏性填土挡土墙主动土压力研究

 以墙后填土为黏性土的刚性挡土墙为研究对象,考虑挡土墙后的土拱效应,以及墙土摩擦角、墙土黏结力、墙后填土黏聚力的影响,推导挡土墙在平动模式下的主动土压力系数和主动土压力解析解。结果表明,考虑土拱效应的主动土压力系数和主动土压力均与墙土摩擦角、计算点深度以及墙后填土的内摩擦角、黏聚力及重度有关。通过将求解的主动土压力系数和主动土压力与现有经典理论解及前人理论研究成果对比,发现结果完全吻合,验证该研究结果的正确性。     

土的成拱效应研究现状

对现有土的成拱效应的研究成果进行了简单的分析总结，介绍了土的成拱机理、拱脚的存在形式及土拱的影响因素，并对进一步研究土的成拱效应提出一些参考建议，为研究土的成拱效应提供了参考借鉴。     

考虑土拱效应的挡土墙空间土压力研究

 研究表明土拱效应是影响挡土墙土压力分布的一个重要因素,但目前关于空间条件下考虑土拱效应的挡土墙土压力研究还很少。通过将土拱效应原理引入顾慰慈等建立的空间土压力计算模型建立了考虑土拱效应的空间土压力计算模型,并将该模型划分为I、II、III、IV四个区域,通过在各个区域内取水平微分单元体,建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程,推导出了各区相应的挡土墙空间主动土压力计算公式,该公式可以计算出墙背任意位置的主动土压力;并提出了空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。通过算例计算可以直观的看出挡土墙后主动土压力的空间分布,由此可以看出,当空间效应存在时考虑土拱效应的挡土墙主动土压力沿墙长的分布与平面应变条件时有很大的不同,此时挡土墙两端附近区域的主动土压力远小于平面应变条件下计算出的主动土压力,同时可以看出考虑空间效应的挡土墙主动土压力合力作用点要比平面应变条件下的位置要高,挡土墙长高比B/H越小空间效应对主动土压力沿墙长的分布和主动土压力合力作用点位置的影响越大。     

软基涵洞土压力分析

利用逐级新增单元的有限元方法,模拟软基涵洞周围土体分层填筑的施工过程,得到回填土体的应力场,由此分析涵洞周边土压力分布。结果表明,土压力的分布随涵洞形式变化,且可能随填土厚度变化;洞顶、洞侧的平均土压力与涵洞形式有关,本文所得值比传统计算方法中的平均土压力小10％～15％。     

黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算

 基于涵洞减载基本原理,结合明洞结构特点,通过室内缩尺模型试验,研究不同减载方案下高填方明洞土压力随填土高度变化的规律及土拱效应。试验结果表明,随着填土高度的增加,土拱效应逐渐显现但不稳定,使明洞顶土压力小于理论土压力。根据明洞顶土压力变化规律及明洞减载结构力学模型,利用朗肯土压力理论,提出铺设单层土工格栅减载结构土压力计算公式,包括格栅顶部土柱土压力、格栅底部土体支撑力、明洞顶土压力的计算公式,并针对实际工程中广泛采用的多层土工格栅结构类型,推导其明洞顶土压力的计算公式。结合现场明洞试验,证明土工格栅减载的良好效果及本文计算方法的准确性,可为高填土明洞顶土工格栅减载结构设计及施工提供理论参考。     

高路堤加筋土档土墙的变形和受力研究

一座总墙高为31m的多级台阶式高路堤加筋土档土墙首次应用于我国铁路正线上，为了研究各级墙的倾向位移。基底应力及墙背土压力的分布规律，对该挡土墙的变形和受力进行了现场原型观测，观测结果表明，各级墙的侧向位移均较小，且下部测点的侧向位移较墙顶测点要大，各级墙基底应力均小于100kPa，墙背土压力呈曲线形分布，4m宽台阶的存在使墙后填土顶面的外荷载对该的侧向土压力影响不大。该结论可供今后加筋土挡土墙的研究和设计参考。     

土压平衡盾构土舱压力建立机制及设定准则研究

 土压平衡盾构掘进施工中,土舱压力的设定对于控制盾构施工对周围环境的影响意义重大。结合超大直径土压平衡盾构施工的上海市迎宾三路隧道工程,利用理论分析和实测数据分析的方法对土压平衡盾构的土舱压力建立机制和设定准则进行研究。基于进出土平衡理念研究土舱压力建立过程中各施工参数间的关系,提出开挖面土体挤压量这一概念以揭示土舱压力的建立机制。建立盾构刀盘的细化模型,分析刀盘挤压作用下盾构开挖面上土体的挤压情况。基于控制开挖面土体不发生二次扰动的理念,提出土压平衡盾构土舱压力的设定准则,并对该土舱压力设定准则进行工程应用。现场监测数据显示,盾构掘进施工引起的地表隆沉得到有效的控制。     

压力洞室围岩的高压透水率测试技术与应用研究

随着压力洞室、深埋地下工程的建设,迫切需要弄清工程所在深度上的岩体在高压作用下的透水性状。由于岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面在高压作用下将会张裂、扩展,只有按照等于或略大于洞壁围岩实际承受的压力进行高压透水测试,才能得到工程运行状态下岩体透水率的可靠资料。介绍了钻孔高压压水测试技术,并结合其在工程中的具体应用做了初步分析。     

平面应变状态下基于统一强度理论的土压力计算

运用统一强度理论,推导了在平面应变状态下的极限应力状态平衡方程,并将其引入Rankine土压力理论并加以改进,提出了基于统一强度理论的主、被动土压力系数及土压力公式。得出基于Mohr-Coulomb强度理论的Rankine土压力公式是该公式的特例。运用工程实例,计算了在不同权系数b值下的土压力沿深度分布曲线,论证了中间主应力σ2对土压力的影响。实例证明考虑中间主应力σ2的土压力计算结果更符合实际情况。     

挡土墙背土压力作用点位置

挡土墙背主动土压力作用点高度大于而不是等于或小于挡土墙高度的三分之一．土压力作用点位置应根据土压力作用线通过滑动土换的质心这一特性而不是根据上压力强度呈线性增大这个规律来确定。     

高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

 以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础,从试验和数值计算角度,对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料,通过逐级加载的方式在振动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验,分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真,探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态,并与试验结果进行对比分析。结果表明：模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下,顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域,是坝体薄弱的部位,整体拱坝首先在该位置出现裂纹,其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下,拱向和梁向裂缝贯穿上下游,将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体,丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证,可呈现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,确定抗震薄弱环节,为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。