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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高填黄土明洞土拱效应及土压力减载模型分析

通过室内模型试验研究高填方明洞土压力随填土高度的变化规律以及高填方明洞的拱效应,并比较以松散土体或EPS板做为变形层的减载效果及有无边坡对土压力的影响。试验结果表明:当填土达到一定高度后,明洞上方将产生土拱效应,拱顶部分土压力将由拱脚附近土体分担,由于土拱效应的不稳定性,使拱顶土压力随填土高度呈非线性规律变化,采用EPS板做为变形层的加筋减载效果优于松散土体,拱脚土压力受边界条件的影响较大。根据加筋减载原理和模型试验结果,建立了加筋减载力学计算模型,利用朗肯土压力理论,提出采取设置变形层和铺设土工格栅减载措施的高填方明洞顶的非线性土压力计算公式。通过现场试验证明土工格栅减载效果的有效性、耐久性以及本文计算方法的正确性,这对高填方明洞以及土工格栅减载结构的设计施工具有参考价值。     

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。     

高填土涵洞的非线性竖向土压力分析

根据涵顶土压力随填土高度变化的趋势与关系曲线,通过统计分析,找出土压力与填土高度间的统计关系,以此作为高路堤涵洞土压力计算公式的土压力计算方法。其特点是可以直接求得高路堤条件下涵顶的实际土压力,从而实现涵洞结构设计的安全性和经济性的统一。     

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。     

Experimental study on concrete box culverts in trenches

Concrete box culverts are widely used in expressways in mountain areas. Many problems frequently take place due to improperly estimated vertical earth pressures on culverts. The prevailing Chinese General Code for Design of Highway Bridges and Culverts (CGCDHBC) stipulates the computation of the design load on culverts primarily based on the linear earth pressure theory, which cannot accurately describe the variation of the vertical load on culverts in trenches. In this paper, a full-scale experiment and numerical simulation were conducted to evaluate the variation of vertical earth pressures on culvert and soil arching in backfill. The variations of foundation pressure and settlement were also analyzed. The result revealed that the soil arch forms when the backfill on the culvert reaches a certain height. The soil arching effect reduces the stress concentration on the crown of the culvert but it is unstable. The vertical earth pressure on top of the culvert is significantly different from that recommended by the CGCDHBC.     

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。     

斜交小桥涵最佳交角的确定

由于实际地形条件的限制 ,必须设计桥涵斜交时 ,按照保障流水畅通 ,最大限度降低工程造价的原则 ,可从理论上推导出桥涵斜交之最佳交角的计算公式 ,再根据当地之地形条件确定桥涵之最佳位置。     

The use of recycled tire chips to minimize dynamic earth pressure during compaction of backfill

The backfill areas of concrete culverts constructed in roads have been subjected to differential settlement due to poorly compacted soils. Dynamic compaction rollers cannot be fully utilized to compact the backfill soils near the culverts because the high earth pressure induced by dynamic loading frequently results in cracks in the culvert walls. In this study, two cushion materials, recycled tire chips and expanded polystyrene (EPS) boards are applied on the culvert walls in backfill areas to reduce the dynamic earth pressure induced by the compaction loading as well as to improve the characteristics of compacted soils. A numerical analysis is carried out to study the effects of the cushion materials on the stress variation with soil depth in the backfill areas. The numerical analysis shows that a cushion material with low elastic modulus and high damping ratio can effectively reduce the dynamic earth pressure. Field tests are also performed to study the performance of the two cushion materials. It is found from the field tests that the both cushion materials reduce the dynamic earth pressure acting on the culvert wall. However, the recycled tire chips are more efficient in reducing the dynamic earth pressure because of its relatively high damping ratio and low stiffness values compared to the EPS.