浅论涵洞上土压力的计算方法

涵洞由于结构设计缺乏较合理的土压力计算理论导致了高填方涵洞结构不安全或过分保守浪费,本文主要介绍了沟埋式和上埋式涵洞垂直土压力计算方法。     

EPS板在上埋式涵洞土压力减荷中的应用与分析

对排水涵洞这类上埋式构筑物的受力特点进行分析,为其垂直土压力与侧向土压力的减荷寻找到EPS板这种新型减荷材料。通过现场公路涵洞试验,研究了有、无减荷措施(涵顶、侧铺设EPS板),以及有减荷措施但EPS板铺设厚度不同情况下的涵洞顶垂直土压力与涵侧侧向土压力的大小与分布。综合运用有限元方法,数值模拟了测试涵洞的垂直土压力与涵洞填土变形云图。试验与计算结果表明,EPS板能够有效地减小涵洞顶垂直土压力以及涵侧的侧向土压力,并且能够消除涵洞在路堤纵向引起的沉降差,是有效的上埋式涵洞土压力的减荷材料。     

沟埋式涵洞垂直土压力的数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS,对刚性矩形沟埋式涵洞进行施工过程模拟,分析涵洞土压力的变化规律,讨论沟槽宽度及地基刚度对洞顶垂直土压力的影响.结果表明:方形涵洞顶部具有两边大、中间小的土压力分布;在刚性地基条件下,沟槽宽度较小时,洞顶土压力系数单调减小,沟槽宽度较大时,洞顶土压力系数呈先增后减的趋势;地基弹性模量增大时,涵洞顶部的土压力增大.     

沟埋刚性涵洞分层加载有限元分析

以矩形涵洞为例,对沟埋刚性涵洞填土施工过程中位移场及垂直土压力的变化进行了分层加载有限元模拟分析,其结果与模型试验结果一致：洞顶填土较少时,填土的最大位移点在胸腔顶部;洞顶填土较厚时,填土的最大位移点转移到沟槽中心,且最大位移点在填土高度的中部附近;涵顶垂直土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化趋势。分层加载有限元分析方法反映实际土压力的分布性质和沉降规律,可作为沟埋涵洞结构计算的一种有效方法。     

钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力影响因素研究

涵洞上覆土体采用邓肯双曲线模型、地基采用弹性模型,通过力的平衡和变形协调条件,提出涵洞土压力计算方法,并对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力进行计算,由此分析了涵洞土压力的主要影响因素。结果表明：涵洞土压力系数随地基弹性模量、涵洞高宽比和填土内摩擦角的增大而增大,随填土压缩性的增大而减小,随填土高度增大呈先增后减的变化规律;填土厚度等于初始等沉面高度时,土压力系数有最大值。     

钢筋混凝土涌洞顶部垂直土压力影响因素研究

涵洞上覆土体采用邓肯双曲线模型、地基采用弹性模型，通过力的平衡和变形协调条件，提出涵洞土压力计算方法，并对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力进行计算，由此分析了涵洞土压力的主要影响因素。结果表明：涵洞土压力系数随地基弹性模量、涵洞高宽比和填土内摩擦角的增大而增大，随填土压缩性的增大而减小，随填土高度增大呈先增后减的变化规律；填土厚度等于初始等沉面高度时，土压力系数有最大值。     

上埋式涵洞基础埋深效应下的地基承载力研究

为探明上埋式涵洞基础埋置深度对地基承载力的影响,基于太沙基理论与顾安全公式,推导了适用于上埋式涵洞的地基承载力公式。利用有限元软件,分析了地基土的荷载-沉降(P-S)曲线随填土高度的变化规律,确定地基承载力容许值,将不同计算方法得出的地基承载力容许值与有限元计算值进行对比分析,同时分析了涵顶和基底土压力随填土高度的变化规律,探讨了不同计算方法下地基土的抗剪强度对地基承载力的影响,通过工程实例验证本文公式的合理性。研究结果表明:①涵洞侧填土增强了地基土的抗剪强度,使涵洞地基承载力得到提高,其提高程度受到涵洞侧填土附加土压力的影响;②随着地基土的内摩擦角和黏聚力的增加,地基承载力分别呈非线性和近似线性增长趋势,且内摩擦角对地基承载力的影响程度明显大于黏聚力;③本文公式计算的地基承载力与有限元计算值符合较好,且本文公式得出的地基承载力远远大于涵洞基底土压力,符合现场涵洞地基处于安全状态的实际情况。研究成果可为确定上埋式涵洞地基承载力提供理论支撑。     

上埋式涵洞竖向土压力计算的新方法

为求得符合实际情况的上埋式涵洞涵顶面竖向土压力及涵顶填土内竖向土压力分布的变化规律,基于马斯顿理论,改进其分析模型,提出了新的计算方法。利用FLAC3D建立涵洞的数值分析模型,分析公式推导中的部分参数,推导出最终的计算公式。通过数值模拟、公式计算和与前人研究的成果对比可得出:上埋式涵洞涵顶面以及距离涵顶面不同高度处的层面上,其竖向土压力呈现中间大两侧小、土压力集中的曲线分布,且填土高度越高、越靠近涵顶面的竖向土压力集中效应就越明显,涵顶点与两侧竖向土压力差值也越大。推导出的计算公式能较为准确地计算出涵顶土体中各点的竖向土压力大小,并体现出竖向土压力分布随着距离涵顶面高度变化的规律。     

涵洞垂直土压力计算方法探讨——上埋式涵洞浅埋深时的简化公式法

对上埋式涵洞垂直土压力的计算,文中主要考虑填土性质的影响,通过假定洞顶土柱体两侧摩擦力达到最大静摩擦力,采用朗肯主动土压力作为侧压力,得出一种简化计算公式。经分析比较,其形式与荷载规范中的公式一致,计算结果在埋深较浅时与规范方法及其他方法相近,有一定的实用性。     

上埋式涵洞垂直土压力计算及减荷技术应用

以涵洞为代表的上埋式构筑物土压力计算方法，在公路、铁路、水利及市政等部门中的相关设 计规范中并不统一。为了使得涵洞土压力计算方法更加统一。针对常规设计与施工的涵洞，在以往理 论计算和10多次室内外试验的基础上，并考虑涵洞结构突出地面高度和土性的影响，提出了垂直土压力 系数的空间分布图及其数据表，使得计算方法更具有针对性。基于高填方涵洞ＥＰＳ板减荷技术，提出了一 套设计方法及其应用判据，经多个现场试验工点的实际应用与跟踪监测，证明减荷技术既安全又经济。     

沟埋式管道垂直土压力的数值模拟分析

针对目前沟埋式管道垂直土压力计算不够准确的情况,利用有限元软件ANSYS对沟埋式管道垂直土压力进行模拟分析。研究了垂直土压力的大小及分布随沟槽宽度、管土相对刚度的变化规律。结果表明,沟槽越窄、填土越高,沟槽的减荷作用越大。管土相对刚度越小,埋管垂直土压力越小。管土相对刚度系数等于0．3～0．4时,管顶土压力接近均匀分布。     

坝式涵洞的设计及施工

坝式涵洞是引水涵洞穿越沟溪时,沟溪水流从涵洞顶部溢流,涵洞的一侧同坝一样起拦水作用,并承受水压力等外荷栽作用。本文主要列出在坝式涵洞结构设计时拟定涵洞的断面尺寸、静水压力、动水压力、扬压力、淤积压力及自垂等的计算方法和穗定验算,同时介绍了施工方法及效果。     

上埋式涵洞顶部垂直土压力的塑性分析

涵洞上覆土体采用非线性应力应变关系——简化的双曲线模型、地基采用线弹性模型，利用力的平衡和变形协调条件对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部土压力进行探讨，所得洞顶垂直土压力的计算公式包含涵洞尺寸、上覆土体厚度、地基和填土性质。结果表明：上等沉降面的高度随填土厚度和地基弹性模量的增大而增大；洞顶土压力系数随填土厚度的增加呈现先增后减的趋势，     

土质心墙坝防渗墙顶部土体剪切带模拟研究

由于混凝土防渗墙的压缩模量远远高于其两侧土体，导致墙体两侧土体的沉降远大于墙体本身，防渗墙顶部土体内部出现沉降量急剧变化的剪切带。鉴于剪切带模拟方法的复杂性，提出预设剪切面单元模拟剪切带变形的计算方法，用以模拟土体出现剪切破坏时的滑移特征，解决刚性结构顶部土体剪切变形的模拟计算问题，并将该方法应用于沟埋式涵洞顶部土压力计算。研究表明：计算成果与模型试验规律基本一致；该方法较好揭示了防渗墙上部土体的剪切变形特征，其计算的防渗墙顶部竖向平均应力值与常规方法相比减小30.43%,可较好解决防渗墙计算应力比实际监测值偏大的问题。     

填土表面倾斜的涵洞顶垂直土压力研究

土坝和路堤下的涵洞大部分处于边坡之下,边坡下涵洞填土为倾斜表面,其与填土表面水平的涵洞受力不同。通过分析涵洞横纵2个方向涵顶填土的受力,对填土表面倾斜的涵洞顶垂直土压力进行理论计算和有限元模拟。结果表明,相同填土高度下,填土表面倾斜的涵洞顶垂直土压力大于填土表面水平的涵洞顶垂直土压力;填土表面坡度越陡,涵洞顶垂直土压力越大;边坡效应使涵洞土压力较自由场土柱压力增大0～40%,填土表面倾斜的涵洞土压力较表面水平填土涵洞土压力增大0～22%。     

岩土工程问题的过程分析

论文通过设计埋管土压力实例,说明若不考虑施工过程与工程条件,就会误算作用在涵洞上的竖向土压力。对高填方路堤地基的沉降计算,若不考虑施工过程,其计算结果与现场实测结果就存在很大的差别。对研究性问题,若实验方案设计不合理,不进行研究对象的过程分析,就容易把实际工程中不存在的试验结果误当作成果和规律运用。     

第十二章 地下连续墙的施工实例——12.1合用沟工程

建设省大阪国道工程事务所,在大阪市城东区浦生町兴建了大规模的合用沟。合用沟的地下连续墙为其第一期工程,施工全长为294m,墙宽60cm,深约17～19m。图12—1为合用沟的标准断面,断面由两层式的箱形涵洞构成。涵洞之间以450mm厚的中板相隔,上层涵洞宽3.1°m,高4.65m,下层涵洞宽3.1°m,高2.55m。顶部复盖土一般厚约3m。     

上埋式高填方涵洞土压力理论研究

依托某高速公路高填方涵洞,建立了理论计算模型,提出了上埋式高填方涵洞土压力计算公式,该公式考虑了土体的黏聚力、内摩擦角、填土高度等影响因素。按文中公式计算的涵顶垂直土压力结果与其他计算理论比较,得出了有利结论。     

软弱松散岩体浅埋隧洞衬砌结构设计研究

考虑软弱松散岩体的复杂性和浅埋隧洞山岩压力计算理论的不确定性,针对托巴水电站中路沟弃渣场排水隧洞,基于浅埋隧洞山岩压力不同的计算理论,通过SDCAD结构力学计算方法对衬砌结构展开稳定性分析。结果表明,对于软弱松散岩体浅埋隧洞,侧向山岩压力采用主动土压力的计算成果更为合适;在底板和边墙连接处增设贴脚措施,能够有效缓解直角方案的应力集中,并可减少抗剪钢筋,降低边墙和底板连接处剪切破坏的可能性,对保证工程安全、加快施工速度和节省工程投资具有重大意义。     

减荷条件下上埋式圆形结构物周边土压力分析

 简要分析了影响上埋式结构物周边土压力分布的各种因素， 并建议在结构物顶部填筑聚苯乙烯泡沫塑料来改善其应力集中状态。对一圆形结构物进行了有限元计算， 重点分析减荷条件下结构物周边土压力分布， 计算表明效果明显。