高填方盖板涵土压力分布及变形特性研究

发布时间：2020-07-11 11:32

【摘要】：随着我国高等级公路在山岭区的建设发展,山区高等级公路的高填方路基及相应的高填方盖板涵较多。高填荷载、涵洞、地基是协调变形的统一体,在山区地形下填土-涵洞-地基共同作用机理复杂多变,涵顶往往产生不同程度的应力集中现象,致使有“十涵九裂”之说。一方面,现有高填方涵洞土压力计算理论忽略了填土、涵洞、地基是系统协调工作的整体,更加未探明高填方涵洞土压力分布特性的形成机制;另一方面,现有高填方涵洞土压力计算模型与方法未考虑涵洞土压力的分布特性,笼统的将其视为均布荷载,致使其计算结果与涵洞实际受力不可避免的存在较大的误差。因此,开展高填方盖板涵土压力分布及变形特性研究。本文依托包茂高速公路(粤境段)K13+198.5高填方盖板涵实体工程,通过现场试验研究了高填方盖板涵土压力分布与变形特性;利用数值仿真软件分析了不同填土性质、地基土性质以及沟谷地形对盖板涵土压力与填土变形的影响;建立了考虑涵顶土压力分布特性的高填方盖板涵计算模型,推导了高填方盖板涵土压力计算公式,主要得到以下研究成果:(1)涵顶与基底垂直土压力沿涵洞跨径方向分别呈“马鞍形”分布、“倒马鞍形”分布,水平土压力沿侧墙竖向呈“3形”分布,涵洞土压力表现出不均匀性;涵顶与基底垂直土压力大于现行规范土柱法计算值,侧墙水平土压力小于静止土压力;(2)涵洞与填土刚度差异、现场沟谷地形等因素所引起的涵洞内外土柱沉降差?是导致涵顶土压力集中、不均匀分布以及偏载现象的内在成因;(3)涵顶垂直土压力总体与填土内摩擦角、填土泊松比、地基土模量、地基土内摩擦角、地基土泊松比呈正相关,与填土模量呈负相关;基底垂直土压力总体与填土内摩擦角、地基土模量、地基土内摩擦角、地基土泊松比呈正相关,与填土模量呈负相关;侧墙水平土压力总体与填土模量、内摩擦角、泊松比呈正相关,与地基土模量呈负相关;填土与地基土的黏聚力对涵洞土压力的影响不明显,在理论计算中可不予考虑;(4)涵顶与基底垂直土压力与沟谷宽度程正相关,与沟谷坡度呈负相关,侧墙水平土压力与之表现出相反的变化趋势;沟谷宽度达到5D后,涵洞土压力变化极小,可以近似认为此时涵洞的受力状态与无沟谷时的涵洞受力状态相同;沟谷坡度为90°时,涵洞减载效果最佳;(5)高填方盖板涵土压力计算模型考虑了涵顶垂直土压力“中间小两边大”的分布特性,较好反映了涵洞的实际受力状态;文中公式计算得出的涵顶垂直土压力及K_s变化规律与现场试验成果最为吻合,误差小于20%。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U416.1
【图文】：

地理位置,盖板涵,高速公路,工程技术参数

第二章高填方盖板涵依托工程技术参数信息调研第二章高填方盖板涵依托工程技术参数信息调研工程概况茂高速公路是我国高速公路网的第 7 条纵向线，连接内蒙古自治区和广道。包茂高速起点为内蒙古自治区包头市，终点为广东省茂名市，途径重庆以及广西等多个省份。本文所依托的实体工程为包茂高速公路（粤境茂高速公路的最南端，在广东省茂名市境内，北起粤桂交界处的陈金顶高速公路，全长 122 公里，具体位置如图 2-1 所示。该项目共有涵洞 4板涵 303 座，填土高度大于 10m 的盖板涵约占总数的 32%。本文的现场包茂高速公路（粤境段）中心桩号 K13+198.5 盖板涵。

示意图,涵洞,示意图,地质

图 2-2 K13+198.5 涵洞周围地形示意图（a）俯视（b）侧视图 2-3 K13+198.5 涵洞实际地形方盖板涵上部地质为粉质粘土与粘土，下部地质强且较厚，岩层起伏较大。详细地勘情况如表

实际地形,涵洞

（a）俯视（b）侧视图 2-3 K13+198.5 涵洞实际地形2.2.2 地质特征K13+198.5 高填方盖板涵上部地质为粉质粘土与粘土，下部地质为不同程度的风化岩层，岩石风化较强且较厚，岩层起伏较大。详细地勘情况如表 2-1 所示。表 2-1 K13+198.5 路基工程地质条件地层编号地层厚度岩土特征侧摩阻力标准值 qk地基承载力容许值[fa0]压缩模量 Es重度 γ粘聚力 c内摩角 φkPa kPa MPa kN/m3kPa °1_3 0.3~0.5耕植土：黄褐色主要由粉质粘土组成，含大量植物根茎。36 115 16 18 19 222 0.4粉质黏土：褐黄色，湿，可塑，土质较均一，粘性较好。47 135 14 18 17 164 0.5~1.6淤泥质粉质粘土：灰褐色，饱和，流塑，含约 10%粉细砂，略具腥臭味，局部为细26 55 11 18 12 6

【参考文献】