高填方双管涵洞减荷试验研究

为解决高填方涵洞受力过大的问题,在一双管涵洞上铺设不同密度、不同厚度的单层或双层可发性聚苯乙烯板(EPS板)进行减荷试验,并与未减荷段进行对比,结果表明:涵顶铺设EPS板可以大大减小涵洞受力,涵顶竖向土压力仅为未减荷段的1/3、土柱压力的1/2;同时,EPS板铺设越厚,减荷效果越好,但其效果随板厚的增大而递减,双层叠加...     

高填土盖板涵EPS板减荷试验及设计方法

为了寻求最佳减荷效果和完善减荷措施设计,继以往试验成果,在一盖板涵涵顶与涵侧分别铺设了不同厚度的EPS板进行现场减荷试验。结果再次表明:通过EPS板的压缩变形协调,能够显著减小涵顶与涵侧的土压力,且铺设的EPS板越厚,土压力越小,但其减荷效果增幅递减;采取减荷措施后涵洞的沉降量也明显减小,同时改善了涵洞纵向的不均匀沉降。依据作者原推涵洞土压力理论公式,建立了简明的EPS板减荷设计方法,并提出了减荷措施的适用范围及EPS板切割、铺设以及施工要点。     

高填方盖板涵净跨内减荷试验及土压力计算

为减小位于岩基上的高填方盖板涵顶竖向土压力,采用在涵顶净跨内铺设聚苯乙烯泡沫(EPS)板的方式进行减荷,并进行现场涵顶竖向土压力测试。同时,将涵顶受力比拟为倒置的条形基础受力模型,应用叠加原理,推导出净跨内减荷时涵顶净跨内和涵台顶的竖向土压力计算式。研究结果表明:与土柱压力相比,涵顶净跨内竖向土压力明显减小,而涵台顶竖向土压力明显增大,最终竖向土压力系数分别为0. 46和1. 44;当填方达到设计标高时,算式计算竖向土压力值为144. 16k Pa,填方最高段实测平均值分别为141. 94,143. 45,151. 53 kPa,与算式计算值的相对误差分别为:-1. 5%、-0. 5%、5. 1%;涵台顶计算所得竖向土压力变化规律亦与实测结果规律一致。     

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。     

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。     

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。     

高速公路高填方涵洞加筋桥减载施工法

结合岳武高速公路高填方涵洞实际工程，通过对高填方涵洞进行加筋桥减载结构的具体施工，总结了一套完整的高填方涵洞加筋减载施工方法。该方法具有以下特点：加筋减载的原理科学，减载孔的松散填料和筋材的“提兜效应”可有效的分散涵顶上方的土压力；加筋减小涵顶土压力和施工中避免了重型压实机械对涵洞直接损伤使得高填方涵洞的安全性得到有效地保障；涵顶的土压力减小可很大程度的保障涵洞结构安全；该方法质量、安全和环保措施均可靠，可为类似工程提供一定的参考价值。     

基于模型试验的衡重式桩板挡墙减荷效应研究

衡重式桩板挡墙利用减荷板的减荷作用,减小了挡墙下部的土压力,改善了结构的受力状态,优化了挡墙的内力分布。从模型材料的选取、模型结构和尺寸的确定、模型加载和测量系统的布置等方面设计了相似比为7∶1的试验模型,对比分析不同减荷板宽度与埋深以及有、无减荷板时挡墙上土压力的测试数据,结果表明:1)减荷板对挡墙主动区土压力具有显著的减荷效应,减荷板埋深附近减荷程度最为明显; 2)减荷板对桩前上部(0～0. 5L,L为桩长)被动区土压力具有明显的减荷效应,最大减荷超过一半,对桩前下部(0. 7～0. 88) L至桩底被动区土压力不产生减荷效应; 3)相同板埋深时,主动区土压力合力的减荷比随板宽的变化发生较大变化,被动区土压力合力的减荷比随板宽的变化呈波状变化; 0. 6 m板宽时,两者减荷比均达到最大,试验最佳板宽取0. 6 m,板宽有上限值; 4)相同板宽条件下,板埋深0. 9 m时,主动区土压力合力的减荷比最大;最佳板宽条件下,板埋深0. 9 m时,被动区土压力合力的减荷比最大,减荷板最佳板埋深取0. 9 m。     

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。     

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。     

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.     

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。     

山区公路高填方涵洞减载方法及试验研究

提出了高填方涵洞加筋减载方法及加筋桥减载概念,用模型试验证明了高填方涵管加筋减载的有效性、加筋减载的合理布筋方式、影响加筋减载效果的因素。试验结果表明,应用加筋桥减载结构可在高填方涵洞上方形成一个结构明确而较稳定的卸荷结构-“加筋桥”,通过加筋桥的承载作用,有效地把涵顶的垂直土压力传递到涵台外的填土上,从而达到减载目的。采用数值模拟计算方法研究了加筋减载的力学机理,通过现场试验证明了加筋减载的良好效果。试验研究结果表明,高填方涵管加筋减载方法具有机理明确、施工操作简便、质量易于保证,安全可靠的特点。这种减载方法不但适用于高填方涵洞,而且适用于其他各种填埋式地下洞室的减载。     

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。     

不同填土管涵土压力模型试验和数值模拟研究

管涵土压力作为管涵结构设计中的主要恒定荷载,其作用模式的确定是研究的重点。通过开展三种不同填土工况(碎石、粉土、黏土)下的管土相互作用足尺物理模型试验,得到不同填土工况下马蹄形管涵土压力的作用模式,并对比填土类型对管涵土压力的影响。结果表明:试验条件下,粉土工况的管顶土压力集中效应表现最强,黏土工况最弱,碎石工况介于中间。同时采取有限元软件对模型试验进行模拟分析,与试验结果较为吻合,从而为管涵土压力的进一步研究提供科学依据。     

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。