沟埋式刚性圆涵顶部土压力试验研究

摘要

涵洞是水利、公路、铁路等工程建设中被广泛应用的建筑物，主要分为沟埋式和上埋式。有文献表明，涵洞在运营中常出现各种病害。目前垂直土压力的计算公式很多，但都存在一定的局限性。本文以室内试验为基础，结合有限元分析和理论分析，对沟埋式涵洞土压力的计算作了一定的研究和讨论。 本文以刚性地基和砂性土条件下的刚性圆形涵洞为研究对象，进行了一系列的室内试验。边界条件分别为：矩形沟槽，不同槽底宽；槽底宽分别为2和5倍洞径，不同坡度；上埋式情况。试验成果为涵顶土压力随回填土高度的变化、涵顶竖直面的土压力变化、涵顶水平面土压力随填土高度变化、涵洞侧压力和土体位移分布等。分析试验数据，描绘涵项垂直土压力系数曲线、涵顶土压力沿洞顶变化曲线和位移等值线图。通过试验分析，成果表明：涵顶存在土压力集中；涵顶垂直土压力系数随回填土高度的变化为先增后减的趋势；填土中最大位移点随填土高度而变等。 利用有限元分析软件ANSYS，计算参数与试验相同，计算不同边界条件下的涵顶垂直土压力系数，并与试验结果进行对比。对比结果证明有限元计算结果和试验结果基本吻合，因此，可以用ANSYS计算涵洞在各种边界条件下的受力性状。利用ANSYS计算出涵洞在各种边界条件下的涵洞周围的土体的位移场、应力场和侧压力分布。根据不同沟槽底宽时的ANSYS计算，寻找上埋式涵洞和沟埋式涵洞的临界条件，并推导在同一种土体时的临界坡度的公式。利用ANSYS建立减荷模型，措施为降低涵洞放置位置，计算表明，此减荷措施能较大幅度的降低涵顶土压力。 Marston-Spangler理论是现有计算沟埋式涵顶垂直土压力中被广泛使用的方法。该理论认为减去槽壁的摩擦力之后的涵洞以上槽内全部土重由涵洞承担，不考虑涵洞两侧回填土体承担上部土重的作用。本文针对以上不足，建立新的计算模型，利用试验得出的等沉面高度的经验公式，在低填土时也考虑槽壁的影响，分别推导出矩形断面和梯形断面沟埋式涵洞垂直土压力计算公式，修正了M-S理论，得出沟埋式涵洞与上埋式涵洞具有相似的垂直土压力变化规律。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明及关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

第二章沟埋式圆形涵洞土压力试验及成果分析

第三章沟埋式涵洞土压力有限元分析

第四章沟埋涵洞垂直土压力计算理论分析

第五章结论与建议

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及参加的科研项目

致谢