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。     

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。     

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。     

深埋盖板涵路基填土应力场分布特征试验研究EI北大核心CSCD

依据现场试验及数值模拟,研究高填方盖板涵及其周围填土的应力场分布特征。结果表明:涵顶各点土压力与填土自重近似线性相关,线性系数与盖板涵的宽高比呈单峰曲线关系,据此建立了涵顶中点压力经验公式,计算精度较规范法有较大的改进;涵洞顶部有应力集中效应,涵顶平面上的土压力呈M状分布,非均匀分布的范围约为1.5倍的涵顶宽度,涵洞对其上方1.5倍涵身高度内填土的土压力分布有影响,影响范围的剖面形状为倒梯形;依据涵洞两侧及上方填土体中的土压力分布特征提出了降低涵顶压力可采取的不等强压实的范围;盖板涵两侧墙上各点水平压力均小于静止土压力,据此设计盖板涵是偏于安全的。     

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。     

基于沉降控制的高路堤涵洞纵向调荷技术

为解决高路堤涵洞纵向不均匀沉降所带来的病害问题,基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷机理,利用有限元软件研究涵洞填土与地基土特性以及不同EPS板参数对涵顶垂直土压力和涵底土体沉降的影响,通过离心模型试验探讨涵洞纵向铺设EPS板对高路堤及涵洞的沉降的影响。通过数值模拟计算,分析不同EPS板模量、铺设范围、厚度以及地基处理范围对高路堤涵洞纵向沉降差减少率的影响。研究结果表明:①填土模量与泊松比对涵顶垂直土压力及涵底土体沉降的影响不显著;②随着地基土模量与泊松比的增加,涵底土体纵向沉降趋于均匀分布;③数值仿真与离心模型试验成果得出,沿涵洞纵向分层铺设EPS板时,涵洞纵向调荷效果最佳;④通过数值模拟计算得到了基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷设计计算方法。     

填土涵顶车辆荷载扩散方法研究

介绍了两类计算填土涵顶附加压力的方法,即Boussinesq法和分布角法,结果表明：土体自重压力是随涵顶填土高度的增加而增加,而机械车辆附加压力随涵顶填土高度的增加而减小,Boussinesq法适用于填土较高的涵洞,分布角法适用于填土较低的涵洞。     

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。     

山区公路高填方涵洞的成拱效应及土压力计算理论研究

通过模型试验研究了不同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,以及高填方涵洞的成拱效应,测试结果表明,当涵顶填土达到一定高度以后,在涵洞上方将产生拱效应,但由于高填方涵洞上方路基填料是不同于岩石的散粒体,高填方涵洞上方的拱效应具有不稳定的特点,使上部填土压力在填土高度增加过程中仍能部分地传递到涵顶上,使涵顶上的土压力小于理论土压力并随填土高度成非线性规律变化。根据高填方涵洞的土压力变化规律及拱效应特点,提出了高填方涵洞的非线性土压力计算理论和方法,通过算例证明了非线性土压力理论是高填方涵洞较合理的土压力计算方法。     

高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制研究

依据原位试验和数值模拟研究高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制。结果表明:涵洞顶面压力大于上覆填土自重,呈非均匀分布形式,涵洞侧墙顶相对于顶板中部承受更大的压力,侧墙主要承担了来自两侧填土的附加压力;涵洞侧墙外水平压力远小于按土柱高度换算的静止土压力,涵洞地基的不均一地质条件导致涵洞单侧承受相对较大的水平力;涵土差异沉降导致涵洞体承担了大于上覆填土自重的压力,基底的不均匀沉降引起涵顶压力向一侧集中,侧墙外压力和基底压力非对称分布。实测涵顶压力约为填土自重应力的1.56~3.02倍,使用现行公路桥涵规范设计高填方盖板涵偏于危险。     

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。     

高填方预制盖板涵减载措施及其效果研究

利用FLAC3D软件建立预制盖板涵的二维有限差分模型,对涵洞的安装和路堤的填筑过程进行数值模拟,分别采用涵顶铺设柔性填料和地基处理的方法对涵洞进行减载,并进行对比分析。结果表明:随着柔性填料厚度的增加,涵顶最大土压力系数、涵顶土压力和基底土压力非线性减小;地基处理对涵顶土压力影响并不明显;涵洞基底压力随地基处理深度的增加而减小,但地基处理后,基底外侧地基土压力显著增加。     

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。     

加筋减载涵洞的涵顶土压力计算

在涵洞－填土－地基共同工作机理基础上,分析了加筋减载法的减载机理。通过理论分析建立了加筋减载涵洞的力学计算模型,推导了格栅所受土压力的计算公式。考虑格栅下部填料的支撑作用,对格栅受力与变形进行分析,推导了格栅在填土荷载作用下的挠度计算式,进而对涵顶松散填料进行受力分析,得到了涵顶土压力的计算表达式。 并与有限元计算结果和文献中现场测试结果进行了对比,结果与有限元结果及现场测试结果较为接近,尤其是在填方较高时此方法计算结果更加准确。 最后,依据此理论计算方法,对涵顶填土高度、松散填料模量、格栅刚度等影响涵顶压力的主要影响因素进行了参数分析。     

高填方涵洞涵顶土压力影响因素敏感性分析

高填方涵洞土压力受多种因素的影响。在对高填方涵洞受力影响因素归纳的基础上,筛选出埋设涵洞的沟谷宽度、沟谷边坡角度、地基土模量、填土模量、填土黏聚力和内摩擦角这6个主要影响因素,通过数值模拟对涵顶土压力系数的变化规律进行了分析,确定了上述6个因素产生有效影响的取值区间。根据正交试验原理,建立25个正交化数值模拟试验模型,针对上述6个主要影响因素,对高填方涵洞进行了影响因素敏感性分析,最后的极差分析结果表明,埋设涵洞的沟谷宽度和沟谷边坡角度是影响高填方涵洞涵顶土压力的最为主要和敏感的因素;填土模量、填土内摩擦角和地基模量对涵顶土压力有较显著影响;填土的黏聚力对涵顶土压力影响较小。     

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。     

加筋减载条件下涵顶土压力及其参数影响规律

根据已有的涵土体系相互作用机理,在原涵洞上加减载块,形成一种新的涵洞结构。并在此结构上对土工格栅加筋减载机理进行分析,得到格栅加筋减载作用下涵洞顶部土压力的计算表达式,然后通过数值模拟对涵顶土压力进行参数分析。研究结果表明:(1)有减载块的加筋减载模型的理论值与有限元值比较接近,误差在10%以内,表明了理论计算结果的正确性;(2)减载块高度对涵顶土压力有显著影响,且随减载块高度增加其影响效果减弱;(3)受筋材特性影响,减载块宽度对涵顶土压力的影响不明显;(4)柔性材料压缩模量对涵顶土压力和格栅变形有较大影响,且模量取值也宜适中。     

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。     

基于分布角法的涵顶土压力研究

为了研究沿涵洞纵向不同位置的涵顶竖向土压力的分布规律,基于分布角法推导了土压力计算法,分析了土压力沿涵洞纵向的分布规律,探讨了拱效应,结果表明涵顶拱效应使规范的"土柱法"计算值偏大,结构过于安全而不经济。     

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。