高速黄土路基涵洞土压力分布特征研究

为探究高速黄土路基涵洞土压力分布特征,改进高填方涵洞结构设计,以山西省某拱涵为例,采用CANDE-2007有限元软件建立高填方涵洞数值分析模型,以涵洞设涵方式和填土高度为主要影响因素,揭示涵洞垂直土压力及沉降分布特征,分析不同填土高度下涵顶土压力系数变化,比较上埋式和沟埋式两种设涵方式涵洞涵顶土压力随填土高度变化特征,讨论设涵方式及土拱效应对涵洞应力的影响。在拱涵结构上部土体中布置土压力计,记录土体的实测土压力数据,并将数值模拟结果与实测数据结果相互验证。结果表明:涵洞中心与两侧土体的沉降明显不同,导致土拱效应的产生,是影响涵洞顶部垂直土应力变化的重要因素; 2种设涵方式涵洞涵顶土压力随填土高度变化均呈线性增长趋势;填土高度大于5 m后,随填土高度增加,上埋式涵洞土压力系数呈现先急剧增加再缓慢降低的变化趋势,涵顶伴随应力集中;而沟埋式涵洞土压力系数随高度增加逐渐降低后趋于稳定,其涵顶所受垂直土压力减小;沟埋式涵洞中心沉降值总是大于同等高度下上埋式涵洞的中心沉降;现场监测与数值模拟对比,实测土压力大于数值模拟结果,工程中涵顶应力集中现象更明显。     

涵顶形状对土压力的影响

采用有限元方法及模型试验对刚性地基上的上埋式涵洞进行施工模拟,分析方形涵洞和半圆形拱涵施工过程中填土沉降、等沉面及涵顶土压力的变化规律.结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,而且涵顶形状影响等沉面高度;涵顶形状不同,涵顶土压力分布和土压力系数变化很大.涵顶填土高度大于10倍涵洞高度时,方涵和半圆拱涵的等沉面高度分别趋近于3.1倍、2.7倍涵洞高度,涵顶土压力系数则分别为1.56、1.26.     

高填方段波纹管涵垂直土压力试验及计算

基于原位观测试验与理论研究,对高填方段波纹管涵的涵顶垂直土压力的分布特征与变化规律进行了探讨.首先,开展了高填方段波纹管涵垂直土压力现场观测试验.试验结果表明,高填方段管涵顶部存在土拱效应,规范的土柱法计算土压力值误差较大,偏于保守,而管涵顶部平面的土压力值并非均匀分布,存在明显的应力集中区域.在此基础上,结合试验规律及马斯顿理论,考虑由于土拱效应造成的应力集中现象,建立了高填方段波纹管涵垂直土压力计算模型,并进行了理论求解,从而提出了高填方段波纹管涵垂直土压力计算方法.最后,依据此模型对涵顶填土重度、土体内摩擦角、黏聚力、管径大小等主要影响因素进行了参数分析.结果表明,土体重度对管涵垂直土压力数值影响较大,而内摩擦角及黏聚力的影响较小.     

湖底明挖隧道两侧回填材料受力变形特性分析

湖底明挖隧道采用结构自防水与回填材料主动防水的方案,为研究高水位压力对湖底明挖隧道回填材料受力与变形的影响,通过现场试验测试了泥岩层、黏土层在不同埋深(1、5 m)下的土压力和孔隙水压力;利用数值模拟分析了回填层在不同上覆水位(分别为3、5、7和9 m)下的沉降变化规律。研究结果表明:随埋深增加,高水位压力对回填层土压力和孔隙水压力的上升程度加剧。埋深5 m处黏土层的土压力和孔隙水压力均最大;同埋深下泥岩层较黏土层承受的土压力和孔隙水压力较小。随着上覆水位压力增大,回填层累计沉降值不断增大;埋深1 m处黏土层的沉降累计最大,达到0.028 m。相同压力和埋深下,泥岩层的受力与位移较黏土层均较小,作为回填材料更具工程稳定性。     

覆土波纹钢板拱桥施工过程的受力分析

基于一座实际的覆土波纹钢板拱桥,利用有限元方法建立了三维空间受力分析模型,采用现行公路规范的方法计算了不同覆土施工阶段的土压力荷载,对该桥覆土的施工过程进行了模拟,计算分析了覆土回填过程中关键截面变形和内力的变化规律。计算和分析结果表明,波纹钢板拱桥的各关键截面变形和内力随覆土回填过程发生较大变化,覆土初期拱两侧受到填土压力的挤压而下挠,同时拱顶处出现了反拱现象,且随覆土高度的增加拱顶处反拱逐渐增大,各截面的应力也均逐渐增大;覆土回填至拱顶之后,随覆土高度的增加拱顶处的反拱逐渐减小,同时拱顶拉应力也明显减小,整个拱圈趋于受压状态。因此,施工中应严格分层对称回填、压实,并应特别注意覆土回填至拱顶附近时结构的位移和应力变化。     

挡土墙主动土压力分布研究

该文基于极限平衡理论,利用单元分层法分别讨论了墙后无开挖回填和有开挖回填不同工况条件下的挡土墙土压力分布形式,推导出不同工况条件下的主动土压力强度及主动土压力系数理论公式。结果表明,墙后无开挖回填工况条件下墙背主动土压力沿墙高成线性分布;墙后有开挖回填工况条件下墙背土压力沿墙高成非线性分布。     

拱涵有限元应力分析

对两种不同设计尺寸的拱涵,取拱涵和周围土体作为整体模型,考虑土-结构相互作用,采用有限单元法对拱涵进行应力分析.计算结果定量地揭示了涵台墙身刚度以及填土性质对拱圈应力的影响,表明涵台墙身刚度对高填方区的拱涵承载力具有决定性的作用.     

基于等效围压理论的加筋土挡墙土压力计算

基于等效围压理论,分别建立是否考虑中主应力影响的加筋挡土墙三维等效围压和二维等效围压土压力计算方法,结合Plaxis数值模拟,研究了加筋挡墙墙背土压力的大小及分布规律。通过理论计算和数值模拟对比试验测量结果,分析表明:三维等效围压和二维等效围压计算土压力分布均呈近线性,且前者小于后者,两者均小于变系数法;数值模拟土压力沿墙高分布规律与试验测量值接近,总土压力偏小,应力峰值接近且位于墙高1/6~1/3处;由误差分析可知,中主应力、筋带拉力发挥值及筋-土界面摩阻力是导致理论计算、数值模拟与试验偏差的主要原因。     

高填方盖板涵垂直土压力分布特性及计算理论

为研究高填方盖板涵涵顶垂直土压力的分布特性,改进盖板涵土压力计算方法,采用离心模型试验与有限元软件分析不同填高下盖板涵涵顶垂直土压力分布形式与填土变形规律,揭示盖板涵涵顶垂直土压力分布特性的成因,通过正交试验研究涵顶土压力不均匀系数与填土高度、弹性模量、泊松比、容重以及内摩擦角的关系,建立考虑涵顶土压力分布特性的高填方盖板涵垂直土压力分析模型,得出盖板涵涵顶垂直土压力计算公式。结果表明:盖板涵涵顶垂直土压力沿跨径呈"马鞍形"分布,涵顶两端垂直土压力总体可达涵顶中心垂直土压力的2倍左右,涵顶两侧土压力应力集中程度明显高于涵顶中心附近;涵顶边缘附近受附加土压力的影响大于涵顶中心附近,此为涵顶垂直土压力为不均匀分布的成因;随着填土高度与容重的增加,涵顶土压力不均匀系数先增加后减小;涵顶土压力不均匀系数与填土的内摩擦角、泊松比呈负相关,与填土的弹性模量呈正相关;对涵顶土压力不均匀系数敏感程度的大小顺序为:内摩擦角填土高度弹性模量泊松比容重;文中公式计算得出的涵顶垂直土压力变化规律与数值模拟及模型试验成果较为吻合。     

波纹钢拱涵受力性能影响因素初探

波纹钢拱涵在我国的研究和应用较少,目前亦无相关设计或施工规范。为在设计计算、安装施工中寻求可靠的理论依据,考虑结构—土的共同作用,运用有限元软件ANSYS建立了波纹钢拱涵有限元模型,采用有限元数值模拟方法分别从填土高度、土壤参数、钢板厚度、几何尺寸等波纹钢拱涵的受力影响因素进行初步研究,得出相应结论,为此类结构在我国的研究和应用提供一定的参考。