山区公路高填方涵洞加筋桥减载方法及其设计理论研究

提出了高填方涵洞加筋桥减载方法及加筋桥减载原理,通过模型试验证明了高填方涵洞加筋桥减载的有效性及影响加筋桥减载效果的因素。根据加筋桥减载原理和模型试验结果,建立了加筋桥减载的结构力学模型,推导了加筋桥减载结构设计的计算公式,包括加筋桥的加筋设计荷载计算公式、加筋桥的数量(层数)计算公式、加筋桥的锚固长度计算公式以及加筋桥的加筋长度(跨径)计算公式等,为加筋桥减载结构设计提供了较全面的理论计算依据,并通过现场涵洞测试证明了加筋桥减载的良好效果。模型试验和现场测试表明,加筋桥减载具有减载效果好、施工工艺简单和结构性能安全可靠等优点,不但适用于高填方涵洞减载,而且适用于其他各种填埋式地下洞室的减载。     

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。     

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。     

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。     

减载条件下高填方刚性涵洞受力特性研究

为了研究减载条件下高填方刚性涵洞结构的受力特性,本文采用数值模拟和理论分析的方法研究了减载涵洞的受力及内力分布。研究结果表明,在涵顶铺设柔性材料的可以缓解涵顶应力集中。但是,采取减载措施后使得涵洞侧墙水平土压力增大,且使得涵洞侧墙弯矩增大。     

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。     

减载条件下高填方刚性涵洞结构内力分析

高填方刚性涵洞在高等级公路和铁路建设中得到了广泛的应用。但是,由于涵洞-土体之间存在刚度差异,引起涵顶应力集中,造成涵洞结构破坏。本文利用有限差分软件FLAC研究了减载条件下高填方刚性涵洞结构内力,结果表明：①经济技术允许条件下,应扩大减载面宽度至涵洞边缘外1.0m；②满载可有效降低刚性管涵结构受力，减小管涵-土体刚度差异造成的应力集中影响,保障高填方刚性涵洞结构安全。     

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。     

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。     

高填方涵洞土体压力分析

从高填方涵洞的设计出发,对当前高填方涵洞的土压力计算理论——马斯顿法与普氏压力理论作了分析研究,并探讨了高填方涵洞土压力的减载及调整方法,以期采用合适的计算理论与土压力控制方法,建造安全、经济的涵洞结构。     

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...     

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.     

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。     

Behaviour of geogrid reinforced soil retaining wall with concrete-rigid facing

Monitoring was carried out during construction of a cast-in-situ concrete-rigid facing geogrid reinforced soil retaining wall in the Gan (Zhou)-Long (Yan) railway main line of China. The monitoring included the vertical foundation pressure and lateral earth pressure of the reinforced soil wall facing, the tensile strain in the reinforcement and the horizontal deformation of the facing. The vertical foundation pressure of reinforced soil retaining wall is non-linear along the reinforcement length, and the maximum value is at the middle of the reinforcement length, moreover the value reduces gradually at top and bottom. The measured lateral earth pressure within the reinforced soil wall is non-linear along the height and the value is less than the active lateral earth pressure. The distribution of tensile strain in the geogrid reinforcements within the upper portion of the wall is single-peak value, but the distribution of tensile strain in the reinforcements within the lower portion of the wall has double-peak values. The potential failure plane within the upper portion of the wall is similar to “0.3H method”, whereas the potential failure plane within portion of the lower wall is closer to the active Rankine earth pressure theory. The position of the maximum lateral displacement of the wall face during construction is within portion of the lower wall, moreover the position of the maximum lateral displacement of the wall face post-construction is within the portion of the top wall. These monitoring results of the behaviour of the wall can be used as a reference for future study and design of geogrid reinforced soil retaining wall systems.     

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。     

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。     

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。