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。     

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。     

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。     

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。     

沟埋式涵洞竖向土压力计算公式探讨

沟埋式涵洞洞顶土压力的计算对涵洞的设计有很大的影响,但目前沟埋式涵洞的计算方法尚不成熟,本文用理论研究的方法,建立了新的滑裂面计算模型,推导出了土压力计算公式,可供工程设计计算参考。     

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。     

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%。     

基于颗粒离散元法的涵洞式水闸上覆填土应力位移场变化特征分析研究

为分析粤北水资源调度枢纽工程中涵洞式水闸上覆填土层应力、位移场特征,引入离散单元法求解填土层颗粒模型状态下应力位移仿真解。以填土层厚度0.59 m为竖向位移变化拐点,其分布形态由V形至倒V形,竖向位移在该拐点前后的增长速度由快至缓。填土高度由1.5 h递增至4 h,竖向位移分布由W形至U形分布,等位移线降低并趋于稳定状态,稳定在1 h左右。填土层厚度增加,土压力水平愈小,且相对土压力递减至稳定状态,A-D测点填土高度内,相同测点中涵洞内外侧土体压应力具有显著差异,其中B测点高度下的外侧土压力相比涵洞中点处降低17.5%和37%,而在D-H测点填土高度内,相同测点上的土压力无显著差异。研究结果可为水利工程中研究涵洞式水闸填土料应力位移状态提供参考。     

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，     

上埋式涵洞土压力减载研究与数值分析

在刚性涵洞及刚性地基条件下,利用ANSYS有限元软件分析在箱涵洞顶两侧设置减载块(混凝土块体)对涵顶土压力的影响.研究表明:涵顶两侧的减载块,能够有效地改善涵洞洞顶受力情况,对涵洞顶板起到良好的减载效果:随减载块高度的加大,洞顶土压力系数直线下降.     

注浆加筋减载涵洞土压力和内力的数值分析

为降低高填方涵洞所受荷载及涵体内力,提出了涵洞注浆加筋减载方法。采用有限元数值模拟计算了仅注浆加固和注浆加固结合加筋减载后的涵顶土压力和拱圈内力,对涵洞两侧不同范围注浆加固时的减载效果进行对比分析。通过参数分析,研究了格栅刚度及注浆区模量对涵顶土压力及拱圈内力的影响。结果表明,涵墙外注浆加固范围可取1/2涵洞宽度;在注浆加固区顶部铺设土工格栅能进一步降低涵顶土压力和拱圈内力;增大格栅刚度对提高减载效果作用很小;注浆区模量对涵顶土压力和拱圈内力有较大影响,当注浆区模量接近100 MPa时,涵顶土压力和拱圈内力达到较小值,进一步提高注浆区模量,涵顶土压力和拱圈内力减小并不明显。     

高填土涵洞减荷试验研究

通过现场试验,在盖板涵的顶部与侧面分别铺设不同厚度的EPS板进行减荷,结果表明EPS板能够显著减小涵顶与涵侧的土压力,试验测得涵顶土压力为土柱压力的0．29～0．45倍,涵侧土压力为土柱压力的0．15～0．18倍;这也表明通过铺设EPS板使得高填方涵洞上方土体应力重分布,涵顶土体存在明显的土拱效应,由于涵顶土压力在上部填土增加的过程中仍缓慢增大,说明此时的土拱效应具有不稳定的特点;当铺设EPS板后,建议采用太沙基（Terza—ghi）的土拱效应公式来计算涵顶土压力,并与试验结果进行了对比分析,得到较好的验证;并通过有限元建模,对比分析,同时也验证了减荷效果。     

高填方涵洞减载的时间效应研究

通过减载措施减小高填方涵洞涵顶垂直土压力,以减轻涵洞结构病害,在实际工程中已得到应用。目前对于高填方涵洞减载措施的研究较多,然而对采取减载措施后涵洞工作性状的时间效应研究很少。通过分析高填方涵洞减载措施的减载机理,根据减载材料、填土蠕变模型,建立了高填方涵洞工作性状时间效应的理论模型,分析了高填方减载涵洞工作性状的时间效应,并推得了能够考虑时间因素的涵顶垂直土压力计算式。此外,通过建立数值模型,得出了减载材料、填土、涵洞之间的位移特征和涵洞受力特征随时间的变化规律,针对不考虑材料蠕变性质、只考虑减载材料蠕变性质以及同时考虑减载材和填土蠕变性质三种情况分别进行了分析。将数值模拟结果与理论结果进行对比,验证了理论模型的正确性。     

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。     

二级垛式悬臂式挡土墙的受力与变形特征分析

为了考察剁式挡土墙的变形机理,基于有限元方法,对上下两级挡土墙尺寸相同、填土面倾斜、上下两级挡土墙相互搭接情况下二级垛式悬臂式挡土墙的土压力及填土变形进行对比分析,计算结果表明:填土侧向位移的最大值发生在上墙的墙踵板附近,下墙具有向临空面倾覆的趋势,上墙随着填土位移而产生一定的背离临空面的旋转。上墙与下墙墙踵板受到的竖向土压力均呈现非线性特征,距离墙根越近,竖向土压力越小;距离墙根越远,竖向土压力越大。二级垛式悬臂式挡土墙失稳时填土中有2个滑裂面,第一滑裂面基于下墙墙踵板根部贯穿于填土中,第二滑裂面基于上墙墙踵板根部贯穿于上部填土中。研究结果可为垛式悬臂挡土墙的设计与应用提供理论参考。     

黄河故道涵闸翼墙高坡组合面填土土压力浅析

黄河故道涵闸工程位于盐城市黄河故道两侧堤防的防洪线上,设计时考虑将翼墙墙顶高程做与青坎同高,墙后1∶4坡状填土到堤顶。墙体挡土高度为5 m,墙顶到堤顶高差为5 m,填土高差值为1倍,该情况已经超出了规范的理论公式范围。针对这一情况,采用有限元数值模拟法、最大值连线法、无穷坡法展开研究并进行了对比分析,最终对高坡组合面填土墙后土压力取值提出了合理建议,同时指出,为确保工程安全,实际设计中应按折衷法计算土压力。     

管土相对刚度对沟埋管道竖向土压力影响研究

通过建立管道、回填土、地基的有限元分析模型,研究不同管土相对刚度对管顶竖向土压力的影响。结果表明:管顶填土竖向位移随着管土相对刚度的增大逐渐增大;在相对刚度较小时,随着埋深的增大,管顶竖向位移变化较小;埋深较浅时,管土相对刚度对管顶竖向土压力影响较小,当埋深大于4.5 m时,随着管土相对刚度的增大,管顶竖向土压力明显增大。     

冰水堆积物隧道松动土压力计算方法修正及应用

由于冰水堆积物独特的力学性质,一般隧洞压力计算公式不能满足冰水堆积物隧洞压力的计算。针对这一情况,通过理论分析推导出侧压力系数,然后利用数值模拟方法对不同埋深下的应力分布特征进行对比,并对土拱效应进行讨论,进而推导出适用于冰水堆积物隧洞压力计算的太沙基松动土压力公式,最后对修正前、后太沙基公式以及铁路隧道设计规范公式进行对比。结果表明:冰水堆积体采用铁路隧道设计规范中的方法会造成隧洞压力计算值偏高,修正后的太沙基松动土压力能较好地反映冰水堆积物隧洞的实际压力。研究成果可为冰水堆积体隧道工程的松动土压力计算提供参考。