埋地管道管土相对刚度的分析

基于管土相互作用模型对埋地管道的管土相对刚度进行了分析。以现行的管道结构设计规范为例介绍了目前管道工程设计中常用的管土相对刚度计算公式,在Spangler管道土压力模型基础上推导了计算埋地管道管土相对刚度的修正公式,并采用有限元模型分析了上埋式管道的管土相互作用机理。通过比较发现,修正公式与有限元的模拟结果更为接近,说明与规范公式相比修正公式更适合于埋地管道管土相对刚度系数的计算。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

岩溶塌陷时管土相互作用准静态部分模拟研究

为预估岩溶塌陷时输油、气、水管道的附加力,进而指导防护结构设计,基于牛顿第三运动定律,在不考虑动力冲击条件下采用颗粒离散元法,模拟了土洞塌陷时管土相互作用的准静态过程,获取了管道的附加力。探讨了仿真结果的离散性和尺寸效应问题,揭示了由于土洞塌陷导致的管道最大附加力与其主要影响因素(管径、管道埋深)的关系。结果表明：仿真结果具有一定的离散性,随着模型尺寸和颗粒数量的增加,离散性会减小;管道埋深和管径均与最大附加力亦呈线性关系,当管道埋深和管径同时增加时,最大附加力呈幂函数形式增加。在此基础上,提出了基于管径和管道埋深预估最大附加力的经验公式。提出的将颗粒离散元法应用于土洞塌陷时管土相互作用的准静态过程模拟具有潜在的应用前景,其结果可为岩溶塌陷区管道支撑防护结构的设计提供理论依据。     

管道埋深对管土耦合应力的影响规律浅析

考虑管土间应力的耦合特性、管道在动力作用下强烈的非线性特征等,讨论了管土耦合应力在各种典型工况下受管道埋深因素影响的变化规律.结果表明:管道埋深对管土耦合应力起着重要的影响作用,为管道系统的可靠性设计和正常运行的动态控制提供了必要的计算实例及技术依据.     

土体特性对埋地管道的影响

针对管—土位移传递系数,对线性土弹簧系数Kx、Ky进行了修正。采用Goodm an单元模拟管—土接触面,不同埋深管道在管—土发生相对移动时接触面上的应力变化结果表明:管道浅埋时,管—土轴向作用刚度系数的非线性特征非常明显,随管道埋深的增加,土体非线性特征减弱;管—土轴向作用系数及横向作用系数随埋深的增加而增大;轴向土弹簧系数的非线性特征比横向土弹簧系数的非线性特征明显。     

不同筋材刚度下加筋土挡墙离心模型试验

加筋土挡墙由于优良的力学性能、低廉的造价、更好的地形适应性,已经越来越广泛地被应用于各种工程。但其在正常工作状态下的真正工作机理尚不完全清楚,目前的规范设计指南并不能反映加筋土挡墙内部应力真实分布情况。为了研究不同筋材刚度对加筋土挡墙性能的影响,通过土工离心试验监测了土工格栅应变、面板水平位移和土压力。试验结果表明:采用小刚度筋材时,筋材的变形更加显著,但对竖向土压力的分布基本没有影响;靠近面板区域的土压力都远小于理论值,格栅最大应变出现在墙的中下部;对于面板连接处的筋材应变不能简单地用传统土压力理论解释,还需考虑填土不均匀沉降引起的面板对加筋土拉拽作用等其他影响因素。试验结果可为正常工况下加筋土挡墙工作性能与筋-土相互作用机理的研究提供参考。     

高填方涵洞加筋减载的数值模拟

为确定高填方涵洞加筋减载效果的影响因素及影响规律,在介绍加筋桥减载法及其减载机理的基础上,通过对加筋减载的高填方涵洞的数值模拟,研究了不同格栅层数、减载孔不同宽度、高度和侧壁角度以及减载孔不同填料性质时高填方涵洞的土压力变化规律,分析了高填方涵洞加筋减载的效果。结果表明:减载孔高度和减载孔填料模量对减载效果有较大的影响,减载孔高度越高,减载孔填料模量越低,减载效果越显著;减载孔宽度、格栅层数和减载孔填料的内摩擦角对减载效果影响较小,但减载孔宽度的增加使涵洞受力更均匀,有利于减小结构物内力。     

土工格栅加筋土挡墙土压力测试与有限元分析

为研究土工格栅加筋土挡墙内的土压力分布规律, 结合某试验段挡墙土压力现场测试, 采用有限元法进行了计算分析。分析了土工格栅参数及填料重度对挡墙内土压力分布规律的影响, 研究结果表明:①挡墙面板处的水平土压力, 数值解均小于规范设计值, 随加筋间距减小、刚度和长度的增大而减小;填料重度则对其无明显影响。②基底处垂直土压力在面板附近有明显波动, 部分数值超过规范设计值, 其它位置的计算值与设计值基本符合;土工格栅加筋性能则对其无明显影响。     

第八届中国土工合成材料会议论文：刚性基础上双级土工格栅加筋土挡墙性状研究

以刚性基础上双级土工格栅加筋土挡墙为工程依托进行了现场原型试验研究，分析了施工期及竣工后1.5a期间各级挡墙加筋体底部竖向土压力、墙面板背部侧向土压力和土工格栅拉筋应变分布规律。试验结果表明：刚性基础上加筋体底部垂直土压力沿筋长方向由均匀等值分布变化到呈曲线型分布，最大值靠近墙面位置。柔性基础上加筋体底部垂直土压力沿筋长呈非线性分布，最大值靠近拉筋尾部。竣工后加筋体底部垂直土压力分布形式基本不变。施工期间加筋土挡墙墙背侧向土压力沿墙高呈曲线分布，且随上覆填土厚度的增加而增大，数值增长速率逐渐减小。墙背侧向土压力大小远小于主动土压力，竣工后其值随时间延续逐步减小。施工期各测试层位拉筋应变基本上随上覆填土厚度的增加而增大，应变沿筋长方向呈双峰值的非线性分布，各测试层位土工格栅拉筋实测应变最大值均小于0.4%，竣工后拉筋应变基本无明显变化。试验结果可以为类似结构工程提供参考。     

外坑支护结构转动时坑间被动区土拱效应分析

为研究支护结构受力与变形特点,分析了坑中坑式基坑坑间区土体的成拱作用。当外坑支护结构绕底端转动时,利用土拱效应分析方法,推导了被动土压力表达式;定义了内外坑支护结构相对位移比,以此描述内坑支护结构位移对外坑支护结构被动土压力的影响,得到土压力呈非线性分布。工程算例对比分析表明土压力分析方法能更好地反映土拱效应及坑间距对作用在外坑支护结构上土压力的影响,以此土压力值用于基坑支护结构设计相比采用库仑理论计算值偏于安全;当内坑支护结构不发生位移时,坑间距越小、支护结构相对位移比越大,外坑支护结构所受到的被动土压力愈大,说明提高内坑支护结构支撑刚度有利于控制外坑支护结构的变形。研究成果对分析基抗支护结构安全问题,具有一定的参考价值。     

基于土拱效应的非饱和土主动土压力计算方法

基于扩展的非饱和土抗剪强度公式,假定墙后土体小主应力拱为圆弧拱,分别建立了水平微分单元平均竖向应力、层间剪切力与墙体水平反力的关系,进而通过静力平衡方程推导出非饱和土主动土压力计算公式。分析过程中考虑了水平微分单元体层间剪切作用,弥补了传统土拱效应方法中水平微分单元体受力不平衡的不足。与经典方法获得的非饱和土土压力公式相比,该方法考虑了墙后土体主应力偏转现象,所得主动土压力呈非线性分布,能够反映土体的真实应力状态;与传统的考虑土拱效应的土压力解析解相比,该方法较全面地分析了主动土压力影响因素,考虑了非饱和土物理力学性质、地下水位的影响。该结果可为非饱和土土压力研究提供理论依据,对工程设计有一定参考意义。     

考虑挡土墙墙体平移的墙后分层填土主动土压力分布

在对挡土墙发生平移时墙后滑裂土体的应力状态进行分析的基础上,建立了作用于墙后滑裂体的墙面间作用力、滑裂面间作用力、土层间剪力以及土层竖向作用力之间的关系式.通过考虑墙后土体分层填筑时沿墙高墙体实际位移量的不同,对墙面摩擦角进行调整,建立了考虑水平土层间剪力作用、每一土层的滑裂面水平倾角和墙面摩擦角变化的土层竖向土压力的逐层渐近的计算方法,以及挡土墙主动土压力合力及其作用位置的计算公式.通过与模型试验结果和库仑解的比较表明:按分层填筑计算得到的挡土墙主动土压力分布与试验结果基本一致;主动土压力合力与库仑解接近;其作用位置较库仑解高,与试验结果相吻合.     

平行竖墙间的土拱效应与侧土压力计算

本文对墙土摩擦部分发挥时平行竖墙间小主应力进行理论分析，得出土拱形状的理论表达式，并证明其为悬链线。随后比较了悬链线拱和简化的圆弧形拱的形状、墙间竖向应力分布和侧土压力系数的差别，推导了考虑土拱效应的平行墙间侧土压力计算公式。最后通过算例分析了土拱效应对土压力计算结果的影响。研究表明，不考虑土拱效应的常规方法计算的土压力偏不安全，采用悬链线拱和圆弧形拱得到的土压力分布差别很小，在实际工程中，建议可采用相对简单的圆孤形拱。