结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D, 0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。     

填埋式涵洞上覆土压力的有限元分析

针对目前路基和堤坝工程中对填埋式涵洞竖向土压力计算不够准确、不能正确地进行涵洞结构设计的情况,采用有限单元法对填埋式涵洞的土压力进行了分析。结果表明,随着涵洞上覆填土厚度的增大,其顶部垂直土压力与其相应上覆土柱压力的比值即垂直土压力系数在逐渐增大,并趋于一个稳定值;涵洞两侧填土不均匀时,不均匀变形造成垂直土压力增大;基于不同压实填土层实测压缩模量换算确定的变形模量作为理想弹塑性模型参数,得到的垂直土压力系数计算值与实测值吻和较好。由于填土与涵洞存在竖向沉降差,垂直土压力系数在1.2～1.35变化。     

挡土墙与土界面摩擦角为负的地震被动土压力解析解

目前大多数被动土压力问题研究的是挡土墙背与土界面摩擦角为正的情况（墙身相对土体向下移动）,而挡土墙与土界面摩擦角为负(墙身相对土体向上移动)的被动土压力问题则研究的较少。在平面滑裂面假设的基础上,利用散粒体Kötter方程得到破裂面土抗力的分布,结合拟静力法通过极限平衡分析得到了挡土墙与土界面摩擦角为负时的地震被动土压力系数、被动土压力合力和被动土压力合力作用点高度的理论公式。在地震荷载作用下,竖向地震加速度系数总是减小被动土压力,水平向地震加速度系数或减小或增加被动土压力系数取决于挡土墙倾角、挡土墙背与填土界面摩擦角、填土摩擦角。随地震加速度系数的增加,地震被动土压力系数变化越明显。利用破坏土楔弯矩平衡条件得到了地震被动土压力的作用点高度,且土压力作用点高度随水平向地震加速度系数的增加而减小。地震被动土压力系数和土压力作用点高度与相关文献结果吻合较好,可为锚、输电线路等基础受上拔荷载时设计所采用。     

考虑中间主应力的非饱和土上埋式涵洞竖向土压力公式

基于非饱和土的平面应变抗剪强度公式,考虑中间主应力和基质吸力的共同影响,分别建立了均匀与线性2种吸力分布下非饱和土上埋式涵洞的竖向土压力公式,并对其进行可比性分析,对比文献数值模拟和模型试验进行正确性验证,最后探讨了各参数的影响特性。研究结果表明:所建立的上埋式涵洞竖向土压力公式为系列化的有序解析解,可退化为文献已有解答并包含众多新解答,并能计算涵顶上方不同高度处的竖向土压力,工程应用前景广泛; 基质吸力对涵顶竖向土压力具有重要影响,且线性吸力影响不如均布吸力明显,应考虑回填土的非饱和特性并实测吸力分布; 中间主应力效应随基质吸力和填土高度的增大而更加显著,同时均布吸力下中间主应力效应较明显,应合理选取强度准则以反映回填土强度的中间主应力作用; 等沉面高度与回填土物理力学性质、中间主应力效应、基质吸力及分布形式等有关; 基质吸力及其分布影响、中间主应力效应均与填土高度密切相关,体现了多因素对涵顶竖向土压力的综合影响。     

隧道高回填路堑式明洞土拱效应下竖向土压力

基于60°和80°2种边坡坡角条件,借助于有限元软件Midas-GTS NX分析了明洞土压力集中系数随填土高度的变化规律.结果表明:当覆土层厚度较大时,明洞上方形成土拱效应;明洞土压力随覆土高度的增加而增大;明洞土应力值小于上部填土自重应力,土压力集中系数逐渐减小;且土拱效应随坡角的增加而增加;当坡角较小时,明洞土压力逐渐接近于平坦地形中的明洞土压力,"土拱效应"消失.     

均布荷载作用下的无黏性土地震被动土压力计算

 针对现有地震被动土压力计算方法的局限性与不足,在平面滑裂面假设下,提出采用拟动力法计算填土表面有均布荷载作用下的地震被动土压力,同时得到被动土压力沿墙高的分布曲线。通过分析墙土摩擦角、填土内摩擦角、水平向和竖向地震加速度系数对被动土压力值及其分布的影响,得出地震被动土压力随墙土摩擦角及填土内摩擦角的增大而增大,随水平向及竖向地震加速度的增大而减小。拟动力法计算得到的地震被动土压力值大于Mononobe-Okabe理论的计算值,且所得的地震被动土压力沿墙高呈非线性分布。     

图珲公路高填方涵洞竖向荷载分布试验研究

为了研究高填方涵洞顶部土压力随填土高度变化的规律以及拱效应,依据相似原理设计了宽坦沟谷沟心设涵边界条件的涵洞室内模型试验,测得不同填土高的涵洞顶部土压力和涵台外侧土压力;选取图们—珲春高速公路桩号为RK392+640处高填方涵洞作为试验涵洞,在涵顶埋设土压力盒测量不同填土高度的涵顶竖向土压力;按照《公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)》计算土压力,比较并分析计算值与实测值的误差。结果表明,涵顶土压力随着填土的增加而增加,当填土达到一定高度后,高填方涵洞上方将产生拱效应,由于涵顶路基填料的特点,拱效应具有不稳定性,从而使土压力的增加幅度变小,涵顶土压力也随填土高度呈现非线性规律变化。     

双面加筋土高挡墙的离心模型试验

在离心机上进行30.0～62.5m的双面加筋土高挡墙模型试验。模型组数为34组,模型分为设置错台和不设置错台2种情况,压实系数分别取0.80和0.90。试验表明,对于填土的压实系数为0.90的情况,无论设置错台与否,模拟的挡墙的最大直立高度可达62.5m;对于填土压实系数为0.80的情况,当不设错台时,模拟的挡墙高度可达30.0m,当设错台时,模拟的挡墙高度可达33.0m。挡墙的破裂面线开始于墙脚或设置错台处,当达到顶部时,距挡墙面板的距离为挡墙高度的0.169倍,其在顶部的范围为挡墙高度的0.08～0.35倍。破裂面线为对数螺旋曲线。挡墙施工完毕后,其侧向位移的发展已基本完成,且数值很小。墙后填土侧向压力的分布为沿着墙高自上而下变化,在上部大约4cm以上的范围内,其值接近主动土压力;而在上部4cm以下的范围内,其值基本上在主动土压力线之内,有个别点的值介于主动土压力与静止土压力之间。竖向土压力的分布基本上同侧向压力的分布有相似的规律性。所得结果对工程设计有指导意义。     

深埋盖板涵路基填土应力场分布特征试验研究EI北大核心CSCD

依据现场试验及数值模拟,研究高填方盖板涵及其周围填土的应力场分布特征。结果表明:涵顶各点土压力与填土自重近似线性相关,线性系数与盖板涵的宽高比呈单峰曲线关系,据此建立了涵顶中点压力经验公式,计算精度较规范法有较大的改进;涵洞顶部有应力集中效应,涵顶平面上的土压力呈M状分布,非均匀分布的范围约为1.5倍的涵顶宽度,涵洞对其上方1.5倍涵身高度内填土的土压力分布有影响,影响范围的剖面形状为倒梯形;依据涵洞两侧及上方填土体中的土压力分布特征提出了降低涵顶压力可采取的不等强压实的范围;盖板涵两侧墙上各点水平压力均小于静止土压力,据此设计盖板涵是偏于安全的。     

超高无面板式土工格栅加筋路堤现场试验研究

结合在建宜巴高速公路50 m高的加筋填土断面进行现场试验,对超高无面板式土工格栅加筋路堤的格栅变形、垂直土压力、水平土压力、分层沉降以及深层水平位移等内容进行了近2 a的测试,研究超高无面板式土工格栅加筋土路堤的受力、变形规律,分析了其作用机理。结果表明：不同层位土工格栅的最大拉应变出现在离返包面约4~6 m处,格栅应变沿筋长呈双峰值分布,施工期土工格栅应变具有明显的滞后性,且工后1.5 a格栅出现明显的收缩回弹;土工格栅的存在对土压力分布具有明显的调整作用,格栅末端附近实测垂直土压力值略超过理论值,中间和近坡面部位实测土压力值小于理论值;水平土压力沿路堤高度呈非线性形式分布,路堤中部的水平土压力值略大于顶部,其值小于主动土压力;分层沉降量在施工期存在较大波动,在垂直高度上,上部和底部偏小,中下部偏大;深层水平位移随着深度的增加逐渐减小,填土结束后深层水平位移仍有一定程度增大。     

台阶格栅加筋土墙土压力的模型试验研究

 为研究多级台阶式格栅加筋墙的工作机制和力学特性，在室内修建一个长8.0 m，宽3.0 m，高4.5 m的模型槽。在模型槽中对3.0 m×1.5 m的3级台阶格栅加筋土挡墙和2种格栅网格尺寸进行系列模型试验。测试格栅加筋土挡墙面板后的土压力、加筋体后土压力、加筋土各分层土压力及地基应力等。试验发现加筋体内各点的土压力与传统的土压力理论计算值不一致，土压力分布与基础条件及加筋体高度密切相关；加筋体基础的位移对加筋体的力学特性影响较大，它会引起加筋土体内应力的重分配，即当位移较大时挡墙地基应力呈现V型分布，较小时按斜线分布；面板后侧竖向和侧向土压力沿墙高均呈现顶部和底部小中间大的外凸型分布，加筋体后土压力亦有同样的趋势，只是外凸程度较小；加筋体内力学特性变化与格栅网格尺寸也有一定关联。     

沟埋涵洞土拱效应及涵顶垂直土压力研究

采用细观颗粒流软件PFC^2D对沟埋涵洞上方填土内土拱效应及涵顶垂直土压力进行研究。结果表明:涵洞上方填土越高,土拱效应越明显;沟槽越宽,土拱效应越弱。土拱形态为上凸形,拱脚位于两侧沟壁上,可以根据填土内竖向位移等值线是否出现椭圆形来判断填土内是否产生明显土拱效应。沟槽宽度大于7倍涵洞宽度时,涵顶垂直土压力可按上埋式涵洞土压力的方法进行计算。涵顶土压力系数随着填土高度的增加呈先增后减的变化趋势。当填土高度达到初始等沉面高度时,土压力系数达到最大值。等沉面高度随着填土高度的增加而下降,随着沟槽宽度的增加而上升。并在此基础上得出了考虑土拱效应的涵顶垂直土压力计算判别准则及计算方法。     

曲线破裂面下考虑土拱效应的挡土墙主动土压力

库仑理论假定挡土墙后填土破裂面为一直线,然而众多试验和理论表明墙后填土破裂面为一曲线。考虑土拱效应,并假设土体破裂面为旋轮线,土拱形状为圆弧形,根据应力分析得到了侧土压力系数的表达式,利用水平层分析法,推导出挡土墙在平动模式下主动土压力的分布、总土压力和总土压力作用点高度的计算式,并用模型试验与现有理论进行对比。结果表明:挡土墙主动土压力计算结果与模型试验结果吻合,侧土压力系数与直线破裂面结果有明显差异,当墙土间摩擦角与土体内摩擦角比值较大时,总土压力比库仑理论计算结果大。     

多级加筋土复合式挡墙的现场试验

在现场对由L型挡土墙与加筋土挡墙形成的多级加筋土复合式挡墙进行了原位试验。试验表明:土压力和拉筋应变随上覆填土厚度增加而增大,但增速却减小;L型挡土墙的加筋土体底部竖向土压力沿筋长方向在加筋土施工期间呈非残性分布,在其上的中且上级模块式加筋土挡墙的竖向土压力施工期呈明显的非线性分布,但最大值均靠近拉筋尾部;L型加筋土挡墙的拉筋应变非常小,且曲线只有一个峰值;模块式加筋土挡墙的加筋土体底部竖向土压力沿筋长方向起初呈线性分布且大小基本相同,但随着填土厚度的增大而呈明显的非线性分布,且出现双峰值;中、上级挡墙的墙面板基底竖向应力随填土厚度的变化形式基本一样,且随填土厚度的增大先是内侧大于外侧,而后是外侧大于内侧;模块式加筋土挡墙的墙背侧向土压力沿墙高、拉筋应变沿筋长方向均呈非线性分布,且实测值均较小。     

多级加筋土复合式挡墙的现场试验

在现场对由L型挡土墙与加筋土挡墙形成的多级加筋土复合式挡墙进行了原位试验。试验表明:土压力和拉筋应变随上覆填土厚度增加而增大,但增速却减小;L型挡土墙的加筋土体底部竖向土压力沿筋长方向在加筋土施工期间呈非残性分布,在其上的中且上级模块式加筋土挡墙的竖向土压力施工期呈明显的非线性分布,但最大值均靠近拉筋尾部;L型加筋土挡墙的拉筋应变非常小,且曲线只有一个峰值;模块式加筋土挡墙的加筋土体底部竖向土压力沿筋长方向起初呈线性分布且大小基本相同,但随着填土厚度的增大而呈明显的非线性分布,且出现双峰值;中、上级挡墙的墙面板基底竖向应力随填土厚度的变化形式基本一样,且随填土厚度的增大先是内侧大于外侧,而后是外侧大于内侧;模块式加筋土挡墙的墙背侧向土压力沿墙高、拉筋应变沿筋长方向均呈非线性分布,且实测值均较小。     

挡土墙地震主动土压力的库仑解

传统的Mononobe-Okabe法在实际工程中有着广泛应用,但它仅适用于无黏性土的极限土压力计算,且不能给出土压力分布。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定墙后塑性区的一簇滑移线为直线即平面滑裂面,考虑墙背倾角、地面倾角、土黏聚力和内摩擦角、墙土之间黏结力和外摩擦角、地面均布超载、塑性临界深度以及水平和竖向地震系数等因素的影响,建立较为完善的塑性滑楔分析模型,进而采用极限平衡法求解挡土墙地震主动土压力、滑裂面土反力及其分布,并且通过量纲一化的分析首次提出几何力学相似原理。研究结果表明,总地震主动土压力随水平地震系数代数值的增大而增大;但随竖向地震系数代数值的增大并非总是减小,当水平地震系数较大时,可能出现先减后增的情况。     

高路堤下涵洞垂直土压力研究

依托十漫高速公路高填方涵洞工程,结合现场测试结果,采用理论分析和数值模拟的方法研究了高填方涵洞垂直土压力分布特征和变化规律,并对顾安全垂直土压力理论计算公式进行了修正,得出与现场实测结果更为接近的高路堤下涵洞垂直土压力计算方法。研究结果表明:高填方涵洞涵顶存在垂直土压力集中现象,土压力集中系数随填土高度的增加逐渐增大,当路堤填土达到一定高度后逐渐趋于稳定并略有减小。     

一种新型剁式悬臂挡土墙特征分析

针对传统垛式挡土墙中上墙与下墙之间缺乏有效连接的局限性,提出一种新型剁式挡土墙:在下墙顶部的填土侧设置一个支墩,但上墙的墙趾板沿竖向压在下墙的支墩上。上、下级挡土墙之间本质上是相互分离的,上墙承担的部分竖向荷载可通过支墩直接传递给下墙。基于有限元方法,对所提新型挡土墙进行对比分析,计算结果表明:下墙顶部设置支墩后,下墙原本较大的侧向土压力值逐渐变小,上墙原本较小的侧向土压力值有所变大,下墙与上墙的侧向土压力得到了合理的转移与重分配;下墙底板上部的竖向土压力降低,下墙底板底部墙趾板附近的最大竖向应力进一步增大;上墙有绕支墩向填土侧旋转滑裂破坏的趋势。     

加筋土桥台台背土压力的试验研究

为了对比在桥台填土施工中,铺设土工格栅对减小桥台土压力的作用,在宁淮高速公路东一道跨线桥桥台填土施工中,东侧桥台填土中未铺设土工格栅,西侧桥台填土中铺设土工格栅,对其桥台台背土压力进行长时间观测,分析了土压力随时间的变化、土压力随填土高度的变化以及填土完成后土压力的大小与分布情况。分析结果表明,台背土压力沿桥台深度方向呈非线性分布;土压力随着至桥台顶部距离的增大而增加,但到达一定深度后,随着深度的增加,土压力反而减小;铺设土工格栅能明显降低桥台台背的土压力。     

框架结构风荷载分布特征的研究

为了研究框架结构计算风荷载的分布特点,利用CFD数值模拟,依据节点有效受力面积法计算梁柱节点处的风压力,研究节点荷载在水平方向、竖直方向的变化特征以及风压力在水平方向的梯度变化.研究结果表明:风压力最大值并没有出现在建筑物最顶部,而是在中上部;迎风面上的风压力在水平方向明显中间大两端小;迎风面上水平方向的风压力梯度变化比较大,且随高度逐渐减小;顶部面上节点荷载比较小,且主要集中在靠近迎风面的一排节点上,属于有利荷载,结构设计时可以不予考虑.