溝埋式涵洞的土拱效應(yīng)及土壓力研究.pdf

1、涵洞廣泛的使用于鐵路、公路、水利、能源、市政和冶金等部門，它更是鐵路工程與公路工程的重要組成部分。研究涵洞土壓力變化規(guī)律對涵洞的施工建設(shè)有著重要的價值和意義。目前我國關(guān)于涵洞土壓力的研究并不完善，不同方法所計算的數(shù)值差別很大，于是導(dǎo)致施工中建筑材料的浪費(fèi)，甚至有可能因不合理引發(fā)工程事故，嚴(yán)重的影響到我國涵洞的施工建設(shè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，涵洞的建設(shè)在工程施工中出現(xiàn)的越來越頻繁，確定涵洞土壓力的研究迫在眉睫。
　　本文利用ANS

2、YS有限元軟件，對溝埋式箱涵的土壓力以及填土內(nèi)部土拱效應(yīng)進(jìn)行模擬研究，分析了填土土拱效應(yīng)與土壓力在不同條件下的變化規(guī)律，并且利用文獻(xiàn)中的模擬試驗所得結(jié)果與ANSYS模擬分析的數(shù)值對比分析。本文主要研究成果如下:
　　1.溝埋式箱涵（溝槽寬度為五倍的涵洞寬度）的垂直土壓力的最小值在涵頂?shù)闹行奈恢?，隨著遠(yuǎn)離涵頂中心，其垂直土壓力值逐漸增大，直至距涵洞的中軸線0.45D的位置時垂直土壓力達(dá)到最大值。側(cè)向土壓力的最大值在距離涵頂0.2D的

3、位置附近，側(cè)向土壓力系數(shù)隨著填土高度的增加而減小。
　　2.在不考慮涵洞對土體的作用時，土體內(nèi)部小主應(yīng)力拱的形狀為一條懸鏈線，通過摩爾應(yīng)力圓，分析土拱任意微分單元受力，根據(jù)其邊界條件得到溝埋式方涵在不考慮涵洞作用時小主應(yīng)力拱的曲線方程，當(dāng)摩擦角和摩擦系數(shù)增大，小主應(yīng)力拱的曲率逐漸越小。根據(jù)小主應(yīng)力拱曲線，進(jìn)一步求出側(cè)土壓力系數(shù)，土體豎向平均應(yīng)力和水平側(cè)土壓力。
　　3.以等沉面和涵頂平面為界限，將土拱的分布劃分為三個區(qū)域。<

4、br>　　在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，隨著溝槽寬度的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著內(nèi)摩擦角的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著溝槽與土體的摩擦系數(shù)的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著粘聚力的增大，土拱曲率逐漸增大。
　　在區(qū)域Ⅱ內(nèi)，隨著溝槽寬度的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著內(nèi)摩擦角的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著溝槽與土體的摩擦系數(shù)的增大，土拱曲率逐漸減小;隨著粘聚力的增大，土拱曲率逐漸增大。
　　在區(qū)域Ⅲ內(nèi)，隨著溝槽寬度的不斷增加，內(nèi)土柱內(nèi)部的土拱效應(yīng)明

5、顯增強(qiáng)，土拱的曲率逐漸增大，在內(nèi)土柱兩側(cè)的土體中，土拱的曲率隨著溝槽的寬度增加而不斷的減小;隨著土體的內(nèi)摩擦角增大，內(nèi)土柱內(nèi)部的土拱曲率逐漸增大，而在內(nèi)土柱兩側(cè)的土體內(nèi)，土拱曲率隨著內(nèi)摩擦角增大而減小;隨著溝槽與土體的摩擦系數(shù)增大，內(nèi)土柱內(nèi)部的土拱的曲率并無明顯變化，而內(nèi)土柱外側(cè)土體內(nèi)的土拱曲率隨著摩擦系數(shù)的增大而減小;隨著粘聚力的增大，內(nèi)土柱內(nèi)部土拱的曲率和內(nèi)土柱外側(cè)土體內(nèi)部的土拱曲率皆逐漸增大。
　　4.涵洞頂板受壓產(chǎn)生形變，