基于土拱效应的高填方涵洞EPS减荷技术研究

通过大型高填方涵洞原位减荷试验,对采用EPS减荷材料下的土压力和位移进行了监测,借助土拱效应机理将未减荷情况与不同厚度EPS减荷情况下的结果进行了对比分析,研究了EPS材料的减荷特性及减荷后涵洞受力性状的变化规律。结果表明:EPS减荷效果显著,减荷后涵洞结构受力有所改善。     

基于EPS减荷措施的高填涵洞试验研究

通过大型高填方涵洞原位减荷试验，对采用EPS减荷材料下的土压力和位移进行了监测，将来减荷情况与不同厚度EPS减荷情况下的结果进行了对比分析，并采用Marc有限元分析软件对其进行了数值仿真，研究了EPS材料的减荷特性及减荷后涵洞结构相关性状的变化规律。结果表明：EPS减荷效果显著，减荷后涵洞结构受力有所改善．为工程设计与施工提供了有效的指导和参考依据。     

EPS板减荷材料在高填路堤涵洞中的应用

介绍了EPS板的特性,在论述其对高填方涵洞的减荷原理的基础上,将其应用于广元至巴中高速公路K45+015涵洞,在高填方涵洞顶面和侧面铺设一定厚度的EPS板高压缩柔性材料,结果表明,EPS板材料具有显著的减荷作用,为EPS材料在高填路堤结构物中的应用进行了有益探索。     

某地铁隧道结构开裂及处险工程数值模拟分析

对某运营地铁隧道结构进行数值计算,在其上部基坑土体卸荷工况下,建立力学模型,模拟结构开裂夹层板的拆除施工过程。在进行基坑卸土时,围护结构朝基坑坑内倾斜,并发生轻微沉降;基坑周围地表产生沉降;隧道结构发生变形,夹层板拆除工序完成后,南线隧道两侧侧墙均由于失去支撑朝隧道内部倾斜,顶板上拱,底板隆起。对比分析多种模拟情况的计算结果,上方基坑卸土与夹层板拆除施工不影响隧道整体结构稳定。现场监测结果验证了数值分析结果的可靠性。     

高填方涵洞EPS板减荷效果影响因素研究

为探寻高填方涵洞最佳减荷效果和优化减荷措施设计,通过有限元软件MARC研究了高填方涵洞在不同EPS模量、厚度和铺设范围等情况下的涵顶垂直土压力与变形特性。研究结果表明:涵顶垂直土压力及涵顶内外填土差异沉降与EPS模量、铺设宽度呈正相关,其中EPS板模量取值不超过5MPa且在涵顶全宽范围铺设为宜;涵顶垂直土压力与EPS板厚度呈负相关,但EPS厚度并非越大减荷效果越好,当其增至一定厚度后减荷效果基本不再增加,工程实际中建议EPS厚度取不超过80cm为宜。     

高填方拱涵结构力学影响因素及减载措施数值分析

既有燃气管道斜交并下穿拟建高速公路高填方路基,为防止燃气管道受高填方重载破坏,对燃气管道增设拱涵保护结构,通过在箱涵底部及拱圈内部埋设监测设备进行受力监测及有限元软件计算仿真,分析影响拱涵结构的力学因素,探讨减载措施。结果表明,拱涵结构起到了良好的保护效果;增加拱的厚度和基坑开挖深度、减小拱的跨度及净高,可提高其工程保护效果;采用柔性填料减载方法,箱涵跨中底部土层竖向应力减小约10kPa。     

预切槽法开挖隧道地层变形及预筑拱受力试验

为了明确预切槽法开挖隧道过程地层和预筑拱的力学响应,设计了1∶10大比尺三维地质力学模型试验,真实地模拟了预切槽法的切槽灌注和掌子面土体开挖过程,研究了预切槽法施工过程中地层变形及预筑拱结构受力情况。通过土体中埋设的位移、土压力及应变测点得到了洞周土压力和预筑拱的应变值,通过对试验数据的分析和与数值模型计算的对比,进一步了解地层变形的发展过程,寻找结构受力特征及施工过程的关键问题。研究结果表明:切槽混凝土灌注压力和灌注及时性对预筑拱成拱效果的影响较大;切槽及灌注混凝土过程引起的地层沉降占比较大,预筑拱形成后下部土体开挖引起的地层沉降较小,说明预筑拱可以保护掌子面超前核心土,显著减少隧道收敛变形,有效控制地层沉降;预筑拱两侧边墙和拱腰受压,拱顶主要受拉,采用素混凝土灌注的预筑拱极易发生破坏,实际工程设计施工时需要注意提高预筑拱抗拉性能。     

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。     

粉喷桩加固高速公路软土地基的应用效果分析

以某高速公路软土路段为例,通过建立有限元分析模型,研究粉喷桩加固软土地基的土体应力及变形规律,并针对粉喷桩加固软土地基效果进行对比分析。结果表明,土体竖向应力分布大致呈斜条状,应力大小沿地基表面向地基底部逐渐增大;地基表面最大沉降最终出现在路基底部中心线,路基外侧地基后出现一定程度隆起;靠近路基中心桩体水平变形较小,靠近路基两侧桩体水平位移较大;粉喷桩加固可降低地基沉降,防止路基外侧地基过大隆起;粉喷桩加固对于减小路基底部两侧土体水平变形效果显著。     

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.     

高填路堤涵洞受力及变形特性有限元分析

为研究高填路堤涵洞的受力及变形特性,建立了有限元计算模型。计算结果与工程实测吻合较好,并研究了涵顶土压力和沉降值的影响因素,得出了涵洞结构、尺寸、涵洞周围填土密实程度、EPS的厚度和宽度对涵顶土压力和沉降值影响的规律。     

高填方路堤PHC管桩加固软土地基土拱发育演化特征研究

依托京滨铁路宝坻至滨海新区段JBSG-3标段的建设项目工程,基于现场原位试验,分析在含有软土地层的崎岖地形下填筑大于30 m的路堤,加固高填软基路堤中土体的土拱演化规律,探究预应力高强混凝土（PHC）管桩在高填方路堤中抑制土拱效应的效果。研究表明:群桩（管桩）能够有效地提高桩间土体的承载性能;地基加固方式深受基底压力分布规律的影响,当基底压力呈非均匀分布时,会导致桩间土压力过大,极端情况下局部超过地基承载力设计值;压实桩端土体导致桩间土压力上升和桩承荷载下降现象,若荷载较大时,也存在桩端产生“刺入”现象,引起桩间土沉降速率低于桩体沉降速率;管桩复合加固高填方路堤中土体的土拱演化规律的关键因素是持力层和荷载强度,若桩端产生刺入情况会引起土拱骤停,导致桩间土剪切破坏,引起高填路基整体变形,进一步加深桩体形变量,可通过设置连梁来减少桩体不均匀形变,提高其整体稳定性。     

山区高速公路高填方盖板涵填筑期土压力变化规律研究

以包茂高速公路工程为依托,通过现场测试高填方路基下涵洞外界面受力,研究了涵洞受力规律和内在机制。结果表明:涵顶土压力随填土高度增大非线性增加,其中侧墙顶土压力大于填土自重且其增长率随填土增加逐渐减小,涵顶中心土压力在填土达到一定高度后大于填土自重,且其增长率保持稳定;填土完成后,两侧墙顶土压力约为填土自重的2.1~3.0倍,涵顶中部土压力约为填土自重的1.4~1.8倍;侧墙土压力小于静止土压力,实测水平土压力与静止土压力的比值为0.03~0.61;涵洞基底土压力呈不均匀分布,实测基底土压力与涵顶土压力平均     

加筋对桩承式路堤变形模式与土拱效应影响试验

对于桩承式加筋路堤,加筋改变了路堤底面的变形形态,不可避免地将对路堤变形模式与土拱效应产生影响。为了深入分析加筋的影响,利用开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置和椭圆钢棒相似土填料,开展未加筋桩承式路堤试验并得到不同参数组合下存在的3种变形模式,选取3种变形模式的代表性试验,开展相同参数条件下的加筋试验以及4种不同填料高度和3种不同加筋刚度的桩承式加筋路堤试验。通过粒子图像测速技术(PIV)和自制三点式载荷计准确测试得到全场位移及桩顶和桩间土压力。结果表明:加筋后,未加筋桩承式路堤的三角扩展型和塔形升高型变形模式转化为同心椭圆扩展模式,等沉面模式转化为同心圆等沉模式;2种变形模式之间转化的临界高度为1.5倍桩间净距,但等沉面的高度仅为67%的桩间净距;加筋对土拱效应发挥起到了双重作用,一方面,加筋减小了差异沉降,导致土拱效应发挥程度降低,另一方面,加筋改变了路堤变形模式,为"同心圆"土拱提供了稳定的拱脚,使得土拱效应发挥程度提高;在填料高度低,加筋刚度高的情况下,土拱效应发挥程度进一步降低;而填料高度高,加筋刚度低时,土拱效应达到了充分发挥所需的差异沉降,加筋对土拱效应有提高作用;张拉膜效应发挥程度随加筋刚度增大而提高,且随着桩间土下沉而提高,导致土拱效应减弱。     

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。     

旋喷桩在既有铁路软弱土地区框构桥涵顶进工程中的应用

在既有铁路施工下穿桥涵,需将该区域的路基材料和部分地基土挖去,显著改变了铁路原有的路基、地基状态,并改变地基所承受的长期荷载;同时其便梁、基坑等临时结构也改变了周围岩土体的受力状态。这就给软弱土地区的中型、大型框构桥涵顶进施工带来了一系列的难题。利用旋喷桩施工机具小型、轻型的特点,对于顶进桥涵本身的地基加固、便梁基础稳定性以及对路基预处理进行加固防护等问题得到了很好的解决方法。     

下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期受力研究

为明确下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期的受力状态并制定相应的强度控制标准,以中条山隧道为依托工程,利用数值分析、位移-荷载反演等方法对仰拱早期在外荷载作用下的受力进行分析。下台阶含仰拱一次开挖工法中,仰拱随下台阶同步开挖,由于工法的特殊性,仰拱施作约2 h后会承受来自围岩变形、挖机及覆土自重产生的荷载。分析发现： 3个部分荷载中围岩变形压力对仰拱早期受力影响最大,围岩变形作用下最大压应力产生于仰拱拱脚位置,上填覆土及扒碴机械重力作用会减小拱脚压应力,增大拱底压应力。多种外荷载共同作用时,仰拱压应力分布形态为“W”型,最大压应力产生于拱底,为0.14 MPa。考虑预留一定安全储备的情况下,该工法仰拱施作2 h时的抗压强度控制标准可按0.2 MPa进行设计。与传统台阶法仰拱早期受力特性对比,结果证明了一次开挖工法仰拱施作采用早高强混凝土的必要性。     

滑坡-抗滑桩土拱效应三维数值模拟研究

土拱效应的变化规律对地质灾害治理具有十分重要的意义。基于堂梨树滑坡，研究不同埋深下土拱效应的主应力及荷载分担比变化规律。结果表明:①桩后端承土拱体现为小主应力拱，拱脚为桩后侧面，拱形呈M形；桩间端承土拱体现为大主应力拱，拱脚为桩间侧面，拱形呈抛物线形；滑坡推力主要由桩后端承土拱承担。②桩体埋深不同，土拱的承载能力、分级承担比例及土拱形状均会发生改变，承担荷载与土拱拱层厚度和分布范围呈正相关。     

UHPC-NSC组合式盖板涵设计与优化

UHPC-NSC组合式盖板涵能够在不明显增加结构造价的情况下,提高结构抗裂性能,并适应更大的跨度和填土高度;给出了考虑收缩徐变影响的组合式盖板涵设计方法,针对不同填土高度对盖板涵截面形式进行优化,考虑了土拱效应出现的条件,给出了填土高度2~10 m时的盖板涵标准化设计。