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.     

不同断面线形波纹钢管涵结构力学性能研究

采用ANSYS有限元分析软件,建立二维平面应变有限元模型,选择等跨径圆形截面和管拱形截面管涵,对二者在不同填土高度下的力学性能特点进行了对比研究。首先通过有限元数值模拟值与试验模型实测值进行对比,验证了有限元模型的合理性;进而通过有限元模型计算,对圆形截面和管拱形截面管涵施工过程中随填土高度的增加管涵变形、应力和土压力的变化情况进行比较分析,得到了两种截面形式的管涵在变形和内力方面的一般性规律:两种截面形式的管涵在施工过程中的变形和内力变化趋势基本一致,管拱在填土超过管顶后的变形变化比圆管显著,竖直土压力略小,而由于起拱效应的影响,管顶以上填土1.1 m左右时,圆管截面最大应力略大于管拱截面最大应力。     

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。     

沟埋式公路钢波纹管涵力学性能分析与测试

为了对钢波纹管涵的力学性能进行研究分析,通过现场测试和有限元分析研究了沟埋式公路钢波纹管涵的受力性能,并分析了地基弹性模量、填土高度、波纹管参数对钢波纹管涵变形和土压力的影响。结果表明:施工填土初期管涵先产生竖向拱起,回填至管顶后竖向变形开始减小;随着填土高度增加,土压力变大,且管顶土压力最大;有限元分析所得结果与现场试验数据相吻合,表明建立的有限元模型在精度上能够满足工程要求。     

上埋式管涵竖向土压力计算方法

基于马斯顿理论、曾国熙公式、顾安全公式与有限元法,利用计算机仿真技术模拟地形条件、土性参数建立上埋式管涵模型,并根据工程实际进行算例分析、计算结果表明,竖向土压力集中系数广泛存在于涵洞工程中,尤其在高填土中不容忽视,马斯顿理论和曾国熙公式对高填土不适用,结合顾安全公式和有限元分析,能较为准确地评价分析涵洞受力。     

重载交通下锚拉悬臂式挡土墙受力特性研究

为研究重载交通下锚拉悬臂式挡土墙的力学响应规律,按照几何相似原则和车轮荷载当量圆换算关系,设计了模型试验,监测并分析了不同等级载荷下锚杆轴力、空间土压力、挡土墙侧向位移的分布特征。研究结果表明:锚拉悬臂式挡土墙在顶部车轮荷载作用下,锚杆轴力及锚杆上部沿轴向竖向土压力在锚固段中间位置荷载集中效应显著;锚杆上部竖向土压力较锚杆两侧及锚杆底部偏大;挡土墙侧向土压力的竖向分布及横向分布都在锚固端位置出现集中现象;挡土墙的侧向位移曲线在锚杆作用位置处出现明显拐点,卸载后,挡土墙的侧向位移回弹量较小。该结论的得出对锚拉悬臂式挡土墙的设计与施工具有一定的参考价值。     

悬臂式挡土墙土压力计算方法对比研究

悬臂式挡土墙设计时可采用库仑理论计算公式或弹性理论进行土压力计算，这两种计算方法在计算土压力荷载时存在差异，将会影响设计结果。通过理论分析和设计对比的方法，对比了两种计算方法产生差异的原因及对结构内力和配筋的影响，对比了一般工况和地震工况下的悬臂式挡土墙设计结果，并对在不同工况下运用库仑理论和弹性理论设计的特点和适用性进行分析。研究发现，破裂面是否交到荷载土柱是采用库仑理论设计的关键因素，在地震工况下设计时，弹性理论未能完全考虑地震影响。     

不同受力状态下重力式挡土墙稳定性对比分析

以库仑土压力理论为基础,以计算的偏心距e为控制因素。若e≥0即墙后土体主动推挡土墙,则采用主动土压力公式计算;若e<0即挡土墙主动推墙后土体,则取定e=0反算墙后土体的土压力,并以此土压力对挡土墙进行设计。分析给出了主动土压力和修正后土压力作用下重力式挡土墙稳定性计算结果对比,得到出了一些结论。     

膨胀粘土天然总水平应力的原位量测

在高膨胀不饱和湖积粘土中安装了线振式土压盒，量测了天然原位水平压力，此项工作是膨胀粘土中研究设计支挡结构物项目一部分，小心埋设土压盒以确保土体尺可能地少被扰动，并记录几年来的土压力值。记录到总水平压力为总垂直应力的二倍或三倍，并记录到季节性波动与降雨量及蒸发量有关。     

挡土墙主动土压力的极限分析法及其工程应用

针对传统挡土墙土压力计算理论的局限性,运用极限理论分析荷载,用能量理论计算挡土墙的土压力.以挡土墙中最为重要的重力式挡土墙为例,分别用库仑理论和能量理论对挡土墙进行土压力计算,并对进行稳定性验算.比较分析计算结果,表明能量理论比库仑理论更具有广泛性、有效性和准确性,能量理论更加适合一般挡土墙的土压力的分析和计算,更具有工程意义.经对比分析挡土墙完全处于稳定状态.     

土压平衡箱涵掘进机的设计研究

为解决管幕箱涵工程中，大断面箱涵推进阶段正面土压力平衡失稳导致的管幕体系失效的问题，依托上海市田林路下穿中环线地道工程，设计1台土压平衡箱涵掘进机用于箱涵推进施工，并介绍箱涵掘进机的设计条件、主要参数选择，壳体结构受力分析和应用情况及效果。研究结果表明： 1）土压平衡箱涵掘进机通过正面土压力的平衡有利于地面沉降控制； 2）通过SolidWorks三维平台对箱涵掘进机的壳体进行建模受力分析，得出结构设计完全能够满足施工荷载条件； 3）箱涵掘进机的姿态控制主要依靠已完成的管幕作为导向，并通过同步推进系统调整箱涵左右行程偏差； 4）刀盘配置存在切削盲区，在加固区施工过程中会造成推力过大。     

高填方段大孔径波纹管涵结构受力性能试验研究

基于原位观测试验,通过对不同填土高度的管涵荷载及变形、管涵及涵周土体应力分布的全程量测,对不同填土高度下大孔径波纹管涵的力学性能进行了深入分析。结果表明,管顶始终处于压应力状态,从管顶向下至90度范围截面承载逐渐转为拉应力,而从90度截面至管底,波谷截面主要承受拉力,并至管底达到最大值,而波峰截面则由拉应力向压应力转变,至管底为压应力状态。波纹管涵应力及变形均随着填土高度逐渐增长,但其增速逐渐变缓,并最终趋于稳定,其大小均满足波纹管涵的使用要求。而涵顶与涵底土压力测试数据表明,波纹管涵土压力值与规范方法计算值存在较大差异,且差异随填土高度的增加进一步加大,表明高填方段的管涵土压力计算应进行适当折减。     

减荷拱涵周围土体位移变化的离心模型试验

通过土工离心模型试验,利用拱涵模型模拟了实际路堤的回填材料、沟坡地形、减荷材料、地基形式及施工工艺,并使用图片测量软件分析了拱涵周围土体在未减荷与EPS板减荷工况下的变形运动性状和全局位移场的差异。根据试验结果再现了两种试验工况下,拱涵周围土体随填土高度增加的运动变化过程;模拟了EPS板变形作用下涵顶土拱的形成和基本形态;分析了拱效应影响下的拱涵基底土体的运动情况,发现通过卸荷拱转嫁到拱涵两侧土体的荷载促使基底两侧土体向基底中心运动,从而对基底产生了向上的反力,减小或阻止了拱涵自身的沉降。结果表明:合理模量和厚度的EPS板既可以减荷,也可以起到稳定结构纵向不均匀沉降的作用。     

软土地层大断面管幕箱涵顶进竖向姿态的理论与实测分析

针对千斤顶产生的偏心顶推力作用下箱涵发生的“抬头”现象，采用局部弹性地基模型，首先, 从理论上推导得到箱涵顶进竖向姿态变化的解析解; 然后，结合现场实测分析，探究偏心顶力作用下大断面管幕箱涵的“抬头”机制及变化规律。研究表明： 1) 千斤顶顶推力与顶进阻力合力的作用线不重合而产生的使管节上抬的力矩是首节箱涵“抬头”的核心诱因； 2) 缓解首节箱涵“抬头”问题的主要施工措施有减小掘进机顶推力或正面土压力、增加上排管幕刚度、对箱涵上表面进行局部减摩、对箱涵下部进行冲洗卸土等，其中，减小掘进机顶推力或正面土压力效果最为明显。     

上埋式拱涵应变分布特性及有限元分析

为研究高填路堤下涵洞的病害机理,对上埋式拱涵的应变分布特性进行了研究。通过对现场某实际拱涵应变的观测和有限元分析,在计算结果与工程实测吻合较好的条件下,得到了拱涵的应变分布特性。结果表明,在拱涵涵顶下部的拉应变最大,侧墙上部的应变较大,上拱45°位置的应变较小;填土荷载产生的混凝土裂缝最易在涵洞顶端下部出现,需补强。埋入EPS不仅能减小涵顶的最大竖向土压力,而且能全面改善涵拱结构的应变分布状况,从而改善涵洞断面混凝土的受力,能大幅降低涵洞混凝土的应变状态。     

钢顶管竖向土压力计算方法对比

钢顶管作为非开挖施工的常见施工方法,其竖向土压力计算是钢管强度和刚度设计的关键。首先对常见的三种卸荷拱理论计算方法进行介绍,其后结合实际顶管工程勘察资料,以砂性土和黏性土两种常见土层为例,以传统计算方法和三种卸荷拱理论方法为准则,对影响计算结果的关键因素进行梳理,进行了等效土柱高度和竖向土压力对比分析,最后总结了钢顶管竖向土压力计算时的设计要点。     

砂性土静止土压力计算探讨

关于静止土压力,在《铁路工程设计技术手册:路基》和《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)中,都有相关的办法和计算,但都是以"经验"为依据提出来的,且其计算图示为墙背垂直填土为水平的情况,由此可见前述规范中采用的方法和公式适用性较小,甚至不准确。基于库伦主动土压力计算理论,结合土体极限稳定边坡的条件,得出可能产生砂性土静止土压力的计算范围,从而建立砂性土静止土压力的计算公式,并通过应力圆加以论证。     

高填方涵洞减荷措施有限元计算分析

对采用减荷措施的高填方涵洞进行有限元计算,分析其在此条件下的垂直土压力、侧向土压力及基底土压力,以此证明采取减荷措施进行涵洞设计的意义与经济价值。     

矩形顶管隧道群施工对后背土体扰动规律的初步研究

为更准确地计算矩形顶管隧道施工所需顶推力，揭示小间距顶管隧道群施工中后背土体在顶推力多次叠加作用扰动后的变化情况。首先，基于现有顶管顶推力相关计算公式推导出适用于矩形顶管的顶推力计算公式。然后，整理分析某顶管隧道群工程施工中后背土体水平位移、土压力实测数据，论证矩形顶管顶推力计算公式的正确性与合理性，得到后背土体受顶推力作用产生的水平位移是以隧道中心处为最大值的弓形分布、土体在顶推力二次作用下会产生更为显著的变化且存在残余应力现象等结论。最后，采用统计方法对顶推压力与后背土体水平位移、土压力之间的数据进行处理，取得后背土在顶推压力作用下产生水平位移与土压力的经验公式。