基于分布角法的涵顶竖向土压力试验研究

为了研究沿涵洞纵向不同位置的涵顶竖向土压力的分布规律,基于分布角法推导了距离涵洞口不同位置的涵顶竖向土压力的计算方法。选取图们至珲春高速公路桩号为RK365+510的高填方涵洞作为试验涵洞,在涵顶埋设土压力盒测量当填土高度为12、16和20 m时,距离涵洞口不同位置的涵顶竖向土压力。分析了竖向土压力沿涵洞纵向的分布规律,探讨了拱效应,分析了基于分布角法推导的土压力计算值和实测值的误差。结果表明,基于分布角法的涵顶竖向土压力的计算和试验结果较接近。离涵洞口较近时,压力盒的应力集中使实测值大于计算值;随着纵向长度的增加,涵顶拱效应使实测值小于计算值。采用规范"土柱法"的计算值偏大造成结构设计过于安全而不经济。建议涵洞可分段设计并采用不同的尺寸。     

涵洞变形对涵顶土压力的影响

涵洞变形对涵顶土压力具有重要影响。利用有限元模拟计算,就涵洞变形对涵顶土压力的影响进行研究。分析表明,刚性圆涵的等沉面高度比随填土高度的增大逐渐减小,并趋于常数2.5,管土相对刚度减小,等沉面高度比减小1%~20%;对于各种管土相对刚度的圆涵,距涵洞竖轴0.65倍半径的洞壁点,其垂直土压力等于涵顶的土柱压力,该点是内、外土柱的分界点,又是涵顶土压力分布曲线的拐点;涵顶土压力系数随管土相对刚度的减小而减小,0.28为管土相对刚度系数的中性值,其对应的土压力系数近似为1.0.     

堆积碎石土剪切特性的三轴试验

堆积碎石土是不同于土和岩体的一种不连续非均匀介质,以其作为坡体物质的滑坡广泛分布于中国西南及西北地区。考虑连续强降雨雨后滑坡的失稳机理,分析不同含石量、含水率和周围压力状态下堆积碎石土的主应力差-应变曲线、孔压-应变曲线、破坏形态以及相应的抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:由于碎石的存在,堆积碎石土的主应力差-应变曲线大多呈"台阶状"分布并具有应变硬化现象;含石量和含水率是影响堆积碎石土剪切特性的关键因素,当含水率不变,随含石量增大,黏聚力减小,内摩擦角增大;当含石量不变,随含水率增大,黏聚力先增大后减小,内摩擦角减小;存在某一最佳含石量和最优含水率组合下的堆积碎石土抗剪强度最大,该组合指标特征可作为判断连续强降雨雨后堆积碎石土滑坡失稳临界状态的理论支撑依据之一。     

高填方边坡下涵洞受力变形数值模拟

针对高填方边坡下涵洞的受力变形特征尚无系统研究的现状,结合延安机场超高填方黄土边坡下涵洞工程,运用PLAXIS有限元软件对涵洞周围土压力分布特征和涵体变形规律进行研究。将研究结果与相同工况下的上埋式涵洞进行对比分析,进而得出其受力变形规律,并由此提出实际工程中所需要解决的一些问题。研究结果表明:高填方边坡下涵洞受偏压作用明显,在竖向与侧向上发生了倾斜与偏转;当边坡坡率为1∶2,填方边坡最高点距涵洞中心线水平距离为10倍洞径宽度时,边坡坡面的边界效应开始显现,涵洞受偏压作用;高填方边坡下涵洞涵顶的竖向土压力可参照依其中心线上填土高度所确定的上埋式涵洞的竖向土压力来作为其取值依据。     

梯形沟埋涵洞顶部垂直土压力试验研究

在刚性地基和刚性涵洞条件下,进行梯形沟埋涵洞土压力试验和理论研究,得到回填土体的沉降位移场、洞顶土压力分布、土压力系数的变化规律和理论计算模型。试验和理论研究表明:涵洞回填土体顶、底的沉降位移小,最大沉降区处于涵顶填土高度的中部附近;箱涵顶部土压力为上凹形分布,圆涵顶部土压力为上凸形分布,前者土压力系数约为后者土压力系数的1.07倍。     

高填方涵洞顶垂直土压力影响因素分析

分析了涵侧填土压实程度和回填卵石对涵顶垂直土压力的影响,并通过建立高填方盖板涵有限元模型,采用整体分析方法,取涵洞结构和周围土体为研究对象对涵洞进行应力分析,结果表明,涵侧填土压实程度影响涵顶垂直土压力大小,较好的涵侧填土压实效果能有效地降低涵洞顶的垂直土压力;在涵侧回填卵石,回填厚度在1/2涵高左右,可以有效地减小涵顶附加土压力。     

低填方钢波纹管涵洞受力变形特性及垂直土压力计算

分析了填筑施工动态过程中钢波纹管涵洞的受力变形特性及管涵周围土压力分布规律,基于马斯顿理论,构建了一种垂直土压力的计算公式,结合试验数据和有限元计算对其进行验证.结果表明:应变随填土高度呈波动增长态势,在管侧填土高度为3.6m时,内外部测点应变出现最大值;填土完成后,内部测点存在受拉或受压状态,而外部测点以受拉为主;水平向和竖向变形随管侧填土高度的增加而增加,呈竖向椭圆形;管涵顶部的垂直土压力最大,垂直土压力系数随倾角的增大而增加.     

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

基于三剪强度准则,结合非饱和土抗剪强度理论,推导得到考虑多种因素影响的挡土墙库仑主动土压力表达式。该式考虑土体非饱和因素,更合理地反映中间主应力在土体强度中的作用,可用于复杂情况下的土压力计算,经算例验证了其推导合理性。相关影响因素分析表明,土压力计算值随三剪强度参数b的增大而减小;随基质吸力的增大非线性减小,而随基质吸力角的增大呈线性减小趋势,其中基质吸力变化对土压力影响较为显著。应用该式,合理确定相关土体参数,可优化设计,提高经济效益,为非饱和土地区工程实践提供了参考。     

上埋式涵洞土压力影响因素分析

利用弹性理论对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力的计算方法进行了探讨，根据力的平衡条件和变形协调条件得到一个土压力计算公式，并由此分析填土内摩擦角、填土与地基的弹模比及涵洞的宽高比等因素对洞顶土压力的影响，所得的洞顶土压力系数在1．01—1．43之间连续变化。     

高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料—涵洞相对刚度差异大等问题引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现一系列病害。为探明涵顶土压力集中系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力、侧墙水平土压力及土拱效应影响规律。结果表明：涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量均会影响土压力集中系数值,涵顶土应力分布形式为抛物线,涵顶中心土压力集中系数值小于1,涵顶边缘土压力集中系数值大于1,涵顶与侧墙土压力呈非线性分布。将上述因素影响下的结果建立图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力和静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部竖向土压力值计算》程序,能快速准确的定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料—涵洞受力分析提供参考。     

车辆载荷作用下桩后黏性土主动土压力分析

针对现有设计规范进行桩后主动土压力计算时未考虑车辆载荷的动力效应对支护结构影响的问题,在平面滑裂面假定的基础上,结合拟动力学分析方法,考虑车辆动载荷作用下桩后土体受惯性力的影响,推导出车辆载荷作用下主动土压力的计算式,将主动土压力分为动土压力分量和静土压力分量。分析土体容重、桩-土外摩擦角对主动土压力的影响,以及水平振动加速度系数、内摩擦角、行车速度、车桩间距对动土压力的影响,对比分析不同黏聚力情况下的主动土压力分布规律。研究结果表明：桩后动土压力呈非线性分布;在车辆载荷作用下,一个振动周期内桩后主动土压力随滑动面倾角的增大和时间的持续先增大后减小;动土压力幅值随车桩间距的增大而减小,振动周期随车速的增大而增大。     

减载条件下高填方涵洞垂直土压力研究

针对现有理论方法没有考虑涵侧的外土柱体所受附加压力对涵顶垂直土压力的影响的问题,根据涵洞和填土实际受力状态,改进现有的涵顶垂直土压力计算理论方法,推导出涵洞垂直土压力计算式.将改进理论方法的计算结果、数值模拟和现有的试验结果进行对比,验证了改进理论方法的正确性.研究结果表明:涵顶铺设柔性填料能明显减小涵顶垂直土压力,涵顶土压力集中系数随填土高度、涵顶和涵侧填土变形模量、柔性填料厚度的增大呈非线性减小,随柔性填料变形模量的增大呈非线性增加,但最终均趋于稳定.     

强度折减最短路径在浅埋隧道极限分析的存在性研究

将强度折减最短路径理论,应用于有限元强度折减与极限平衡强度折减分析中,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,结合具体算例探讨在双参数强度折减时黏聚力与内摩擦角的合理折减比例,同时考虑隧道埋深与洞跨比值的影响,证明了在浅埋隧道极限分析中强度折减最短路径存在的合理性.研究结果表明:在浅埋隧道强度折减最短路径分析中,随着黏聚力与内摩擦角折减比例λ=Fc/Fφ的增大,黏聚力的折减系数逐渐增大,内摩擦角的折减系数逐渐减小,折减路径长度先减小后增大,两者近似服从抛物线分布,证明存在最短折减路径;同时在强度折减最短路径下,黏聚力的折减幅度要大于内摩擦角,且随着埋深的增加,两者折减幅度逐渐接近.     

土钉支护参数优选的正交有限元强度折减试验分析

将有限元强度折减法与正交试验设计相结合,用正交试验设计安排数值模拟,用有限元强度折减法计算的安全系数作为土钉支护稳定性评价指标,对主要支护参数进行正交有限元试验分析,根据不同参数取值水平计算的结果优选最佳的支护参数,为土钉支护定量化设计提供参考.     

高填方涵洞地基承载力与稳定性及确定方法

为探明高填方涵洞地基承载力与稳定性,提出填土-涵洞-地基共同作用下的地基承载力确定方法,通过现场试验分析涵洞基底土压力随填土高度的变化规律,揭示传统涵洞地基承载力确定方法的不足,利用有限元软件研究不同地基土质下高填方涵洞受力特点和地基应力与变形特性,确定高填方涵洞地基的破坏模式,建立地基工后沉降20 cm为控制指标的地基承载力确定方法,将不同填高、地基土质下的基底压力与规范公式计算值及沉降控制值进行对比,验证此方法的可靠性。研究结果表明:传统涵洞地基承载力确定方法低估了高填方涵洞的地基承载力;涵洞和一般路堤的不均匀沉降导致涵顶应力集中,造成跳车现象;涵洞基底压力大于一般路堤,地基土强度越高,涵洞基底压力与一般路堤压力的比值越大;在一般土质与较好土质下,涵洞地基的稳定性要高于一般路堤断面的稳定性,地基土的破坏形式为典型的局部剪切破坏形式;按地基工后沉降20 cm控制地基承载力符合实际情况,规范公式偏于保守。     

季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性分析

为了研究季节性冻土地区根-土复合体土质边坡稳定性,通过分析土体强度参数、融化层深度、融化层重度及坡度对根-土复合体土质边坡稳定性的影响,模拟了春融期土坡温度场及水分场的变化特征,运用强度折减法计算了春融期素土及根-土复合体边坡的安全系数。结果表明：春融期,素土及根-土复合体边坡在冻融界面处剪切塑性应变集中,呈条带状分布,沿着冻融界面发生平面状热融滑塌;相比素土边坡,根-土复合体边坡安全稳定系数明显增大。由此可得,植物根系穿过冻融界面处时,增加了根系周围土体强度,提高了边坡安全稳定,为季节性冻土边坡工程的设计、施工和维护提供有效的科学依据及必要的数据参考。     

考虑基质吸力影响的非饱和均质边坡稳定性分析

控制吸力条件下非饱和土的强度特性主要基于膨胀土,文章针对侯禹高速公路某边坡黄土进行控制吸力固结不排水三轴剪切试验,主要研究了有效应力强度参数黏聚力c和内摩擦角φ随基质吸力的变化规律,并基于强度折减法对一定基质吸力影响下的该边坡进行稳定性分析。结果表明:黏聚力c随基质吸力的增大变化明显,而内摩擦角φ随基质吸力的增大基本不变;随基质吸力的增大安全系数增大;在低吸力阶段,增大幅度较大,随基质吸力的增大,增大幅度变小。     

涵洞土压力的研究趋势

介绍了涵洞土压力的典型计算方法（土柱法、土压力集中系数法和散体极限平衡法）的适用情况与不足,分析了国内外涵洞土压力的研究现状,预测了涵洞土压力的研究趋势。     

固结方式对黏性土不排水强度性状的影响

针对天然沉积黏性土原状土样开展三轴等向固结和K_0(静止土压力系数)固结不排水剪切对比试验,探讨固结方式对不排水强度性状的影响规律。结果表明:原状样在不同固结方式下,偏应力-应变曲线在低固结压力下均呈应变硬化性状,高固结压力下呈应变软化现象;K_0固结与等向固结不排水强度均随固结压力增大而增大,且K_0固结不排水强度大于等向固结不排水强度;2种固结方式的不排水强度包线均显示为以固结屈服压力为分界的双直线,屈服前不排水强度增长较慢,屈服后为一条通过原点的直线;相同固结压力下,等向固结不排水剪切应力路径位于K_0固结的路径下方;无论何种固结方式,屈服前的偏应力峰值均高于临界状态线,屈服后偏应力峰值均落在临界状态线上;固结方式对有效应力强度指标参数的影响较小,对总应力强度指标的影响主要反映为内摩擦角的不同。     

沿涵洞纵向涵顶竖向土压力分析

查询研究了大量参考文献,涵顶土压力的研究都是在涵洞横向上对涵洞顶面土压力进行分析,并以此为依据进行涵洞结构设计,而忽略了沿涵洞纵向进行涵顶土压力的研究.通过理论推导得到了涵洞纵向上涵顶不同位置的土压力计算公式,并且通过 ABAQUS 软件模拟进行了验证.