沟埋涵洞土拱效应及涵顶垂直土压力研究

采用细观颗粒流软件PFC^2D对沟埋涵洞上方填土内土拱效应及涵顶垂直土压力进行研究。结果表明:涵洞上方填土越高,土拱效应越明显;沟槽越宽,土拱效应越弱。土拱形态为上凸形,拱脚位于两侧沟壁上,可以根据填土内竖向位移等值线是否出现椭圆形来判断填土内是否产生明显土拱效应。沟槽宽度大于7倍涵洞宽度时,涵顶垂直土压力可按上埋式涵洞土压力的方法进行计算。涵顶土压力系数随着填土高度的增加呈先增后减的变化趋势。当填土高度达到初始等沉面高度时,土压力系数达到最大值。等沉面高度随着填土高度的增加而下降,随着沟槽宽度的增加而上升。并在此基础上得出了考虑土拱效应的涵顶垂直土压力计算判别准则及计算方法。     

沟埋式涵洞非线性土压力试验研究与数值模拟

现行公路桥涵设计通用规范中线性土压力理论未能准确反映沟埋式涵洞涵顶垂直土压力变化规律,土压力计算结果与实际情况存在差异,导致涵洞在施工或使用过程中出现不同程度的病害。结合现场试验和数值模拟研究了沟埋式涵洞垂直土压力的变化规律,以及涵顶填土内部的土拱效应,分析了涵顶平面土压力及不均匀沉降的分布规律。研究结果表明,并非所有沟埋式涵洞涵顶垂直土压力都小于按线性土压力理论计算结果,它与填土高度、沟谷宽度、沟谷坡角、涵洞几何尺寸、填料性质及地基刚度等因素有关,涵顶垂直土压力随各影响因素呈非线性变化。填土达到一定高度后,涵顶填土内部产生土拱效应,该效应能够缓解涵顶应力集中现象,但其具有不稳定性。沟埋式涵洞的设计与施工应综合考虑各因素对涵洞受力状态的影响。     

考虑中间主应力的非饱和土上埋式涵洞竖向土压力公式

基于非饱和土的平面应变抗剪强度公式,考虑中间主应力和基质吸力的共同影响,分别建立了均匀与线性2种吸力分布下非饱和土上埋式涵洞的竖向土压力公式,并对其进行可比性分析,对比文献数值模拟和模型试验进行正确性验证,最后探讨了各参数的影响特性。研究结果表明:所建立的上埋式涵洞竖向土压力公式为系列化的有序解析解,可退化为文献已有解答并包含众多新解答,并能计算涵顶上方不同高度处的竖向土压力,工程应用前景广泛; 基质吸力对涵顶竖向土压力具有重要影响,且线性吸力影响不如均布吸力明显,应考虑回填土的非饱和特性并实测吸力分布; 中间主应力效应随基质吸力和填土高度的增大而更加显著,同时均布吸力下中间主应力效应较明显,应合理选取强度准则以反映回填土强度的中间主应力作用; 等沉面高度与回填土物理力学性质、中间主应力效应、基质吸力及分布形式等有关; 基质吸力及其分布影响、中间主应力效应均与填土高度密切相关,体现了多因素对涵顶竖向土压力的综合影响。     

高路堤下涵洞垂直土压力研究

依托十漫高速公路高填方涵洞工程,结合现场测试结果,采用理论分析和数值模拟的方法研究了高填方涵洞垂直土压力分布特征和变化规律,并对顾安全垂直土压力理论计算公式进行了修正,得出与现场实测结果更为接近的高路堤下涵洞垂直土压力计算方法。研究结果表明:高填方涵洞涵顶存在垂直土压力集中现象,土压力集中系数随填土高度的增加逐渐增大,当路堤填土达到一定高度后逐渐趋于稳定并略有减小。     

高填土涵洞(管)采用EPS板减荷的试验研究

针对高填土涵洞,对涵顶与涵侧同时铺设柔性材料EPS板的减荷效果进行了多种情况的试验对比,结果表明,这种措施不仅对减小洞顶和洞侧的土压力效果十分显著,同时还可解决涵洞在填土中引起的路面沉降不均,改善涵洞纵向垂直土压力与沉降的分布不均。根据本文公式计算结果、有限元计算结果与原型实测土压力值的比较,三者较为接近。本文成果可供各种上埋式构筑物工程设计参照,并可作为各部门有关的设计规范、设计规程与设计手册修订依据。     

钢波纹管涵洞受力与变形特性模拟试验研究

通过室内模拟试验,选取钢波纹管涵洞中间断面,在特征点布设应变片、土压力盒及变形测量仪器,对钢波纹管涵洞的力学特性、管周土压力及涵管变形规律进行了研究,分析了应变与应力、管周土压力及涵管变形的变化规律。研究结果表明：钢波纹管内、外部波峰与波谷环向拉、压变化规律一致;在最高填土高度为18.0 m时,内部涵顶测点1位置环向拉、压应变与应力值最大为1146,-930 με与308,-243 MPa;涵顶竖向土压力最大值为551 kPa;变形量最大为13 mm;在高填土情况下以涵顶土压力值作为涵洞设计的设计参数。     

上埋式涵洞顶部垂直土压力计算方法探讨

根据上埋式涵洞顶部垂直土压力的受力特点,涵洞上覆土体采用完全损伤土的应力应变关系--结构性粘土的弹塑性损伤模型,地基采用线弹性模型,利用力的变形协调条件和力的平衡条件对上埋式涵洞顶部土压力的计算方法进行探讨,提出了考虑土的应力损伤和扰动损伤的垂直土压力计算公式.结果可用于指导工程实践.     

高填方暗道土压力分布规律数值分析

在本文中,笔者通过有限元软件对高填方输煤管道工程进行数值模拟,研究了土压力分布规律,发现暗道顶面以上土体位移两边大,中间小;顶部土压力分布中间大,两侧小;暗道顶填土高度较低时,顶部中心处土压力集中系数呈增大趋势,当填土高度较大时,土压力集中系数开始减小,最终趋向稳定;填土高度较大时,暗道侧部水平向、竖向土压力随填土高度增加变化很小,水平向土压力与竖向土压力比值保持在0.47～0.55之间,与静止土压力系数接近。     

沟槽式高填黄土明洞卸载模型试验研究

 为研究不同卸载措施下沟槽式高填黄土明洞垂直土压力、土体沉降变化规律,通过室内模型试验,对不同方案下的卸载效果进行对比分析。结果表明：增大填土边坡坡角、明洞顶设置低压实土、铺设土工格栅、提高明洞两侧填料压缩模量可减小明洞洞顶土压力,其中,增大边坡坡角卸载作用最优。与无边坡相比,明洞洞顶垂直土压力卸载率可达20.6%,若与低压实土形成的土拱效应及土工格栅的“提兜效应”相结合,有利于进一步减小明洞洞顶垂直土压力。同时,填土高度较低时,垂直土压力接近均匀分布;随着填土高度的增大,垂直土压力分布曲线随距明洞中轴线距离的增加呈先减小后稳定的趋势;低压实土的设置使明洞顶虚实土接触附近垂直土压力分布曲线出现突变。研究成果可为沟槽式高填黄土明洞卸载措施的设计和施工提供参考依据。     

图珲公路高填方涵洞竖向荷载分布试验研究

为了研究高填方涵洞顶部土压力随填土高度变化的规律以及拱效应,依据相似原理设计了宽坦沟谷沟心设涵边界条件的涵洞室内模型试验,测得不同填土高的涵洞顶部土压力和涵台外侧土压力;选取图们—珲春高速公路桩号为RK392+640处高填方涵洞作为试验涵洞,在涵顶埋设土压力盒测量不同填土高度的涵顶竖向土压力;按照《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》计算土压力,比较并分析计算值与实测值的误差。结果表明,涵顶土压力随着填土的增加而增加,当填土达到一定高度后,高填方涵洞上方将产生拱效应,由于涵顶路基填料的特点,拱效应具有不稳定性,从而使土压力的增加幅度变小,涵顶土压力也随填土高度呈现非线性规律变化。