上埋式涵洞土压力计算方法及模型试验研究

发布时间：2020-05-22 17:35

【摘要】：涵洞作为公路工程的重要组成部分,一直都是国内外学者研讨的重要内容。其中,上埋式涵洞的土压力计算理论向来都是涵洞领域众多学者们研究的核心内容。为得到涵顶土压力的计算方法以及最佳减载方案,本文开展了两个室内模型试验,分别为涵洞EPS板减载模型试验和铝棒相似土涵洞沉降模型试验。涵洞EPS板减载模型试验是填料为砂土的涵洞模型试验。试验研究了涵顶铺设不同厚度和层数EPS板后的减载效果,以及柔性涵洞和刚性涵洞在不同工况下的涵周土压力和填土位移的分布及变化规律。铝棒相似土涵洞沉降模型试验是填料为三种不同粒径的铝棒混合进行人工沉降的模型试验。试验研究了填土在不同相对下沉量Δs和不同的填料高度H下的土拱演化规律,得到了填土内部土拱效应的形态和高度,以及涵顶填土等沉面高度的变化规律,并提出了考虑土拱效应的涵顶垂直土压力计算方法。通过模型试验与理论分析得出主要结论如下:(1)在涵顶铺设EPS板厚度之和相同的情况下,分两层铺设EPS板的减载效果优于仅铺设单层。在每层EPS板厚度相同的情况下,分两层铺设EPS板的减载效果同样优于单层和多层。相对于刚性涵洞,柔性涵洞自带一定的减载效果。(2)涵顶的土拱随着内外土柱相对沉降量以及填土高度的变化而变化,在此过程中涵顶及两侧填土中会形成三个形状不一的椭圆形土拱。由于内外土柱发生的相对位移而产生滑动破坏,涵顶土拱左右会形成与之相切的两个倾斜剪切面,涵顶土拱上方会形成一个等沉面,两个倾斜剪切面与一个等沉面围成了一块梯形土拱区域。伴随着土拱形状的变化,剪切面的倾斜角度和等沉面高度也是随之变化的。(3)根据涵洞EPS板减载模型试验取得的数据,通过回归分析拟合出非线性土压力计算公式,并与现行的上埋式涵洞土压力计算公式进行了比较,得出非线性土压力计算方法算得的土压力值与工程实际更相近。根据铝棒相似土涵洞沉降模型试验的结果,进行了涵顶土拱效应的阶段性分析,研究涵顶土拱在不同阶段时涵顶土压力的计算方法。研究结果可为涵顶土压力计算提供参考。
【图文】：

管材,图片,涵洞

湖北工业大学硕士学位论文第2章涵洞 EPS 板减载模型试验2.1 材料性质2.1.1 管材的物理性能本章试验主要研究涵周土压力的变化规律，在涵体材料选择时，采用 DN110（壁厚 3.2 mm）不锈钢管和 PVC 排水管分别模拟刚性涵洞和柔性涵洞，，如图 2.1所示。本章的研究主要目的是为了得出涵周土压力随填土高度变化的规律。管材的物理参数如表 2.1 所示。

土压力传感器,试验模型,模型箱

湖北工业大学硕士学位论文型箱所示，模型试验在 800 mm×400 mm×500 mm（长×宽方便观察圆管的变形和路堤的沉降，模型箱的四面采各边加上角钢肋以减小模型箱在加载时的变形。使用画线如图，用以观察管道上方填土沉降情况。试验过间摩擦力的影响，对钢化玻璃内壁涂抹黄油进行润滑
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U449

【参考文献】