上埋式和沟埋式涵洞涵顶垂直土压力变化探究,硕士论文.docx

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1、上埋式和沟埋式涵洞涵顶垂直土压力变化探究,硕士论文本文通过采用数值模拟分析和现场监测相结合的方式方法，研究了上埋式和沟埋式两种设涵情况下拱涵、管涵、箱涵三种涵洞在不同填土高度情况下的土压力和沉降变化。首先取样并通过相关试验获得现场岩土参数；然后根据工程实际用CANDE 建立有限元模型，进行计算；最后把所得计算结果和现场监测数据相结合，分析涵洞土压力的变化规律。 以太原东二环高速凌井店至龙白段 K6+926 处拱涵为模型，本文主要研究成果及结论如下： 1在填土高度较低时，三种涵洞上埋式设涵和沟埋式设涵的涵顶垂直土压力差异不同不大，可近似的用上覆填土的 H 线性计算，此时无论上埋式还是沟埋式情况下

2、土拱效应都不明显。 2对高填情况而言，上埋式设涵时涵洞的涵顶垂直土压力超过了上覆填土 H 计算值，涵顶产生了土压力集中现象；沟埋式涵洞的涵顶垂直土压力明显小于 H 计算值，产生了明显的土拱效应，使得涵顶土压力大大减小。产生不同受力情况的原因是上覆土体与两侧土体的沉降差异。上埋式设涵时中心沉降小于两侧土体沉降，两侧土体将荷载传导至涵顶，导致涵顶应力集中；沟埋式设涵时中心沉降大于两侧沉降，两侧土体分担了一部分上覆填土的自重，产生土拱效应，导致涵顶垂直土压力减小。且沟埋式设涵时的中心沉降始终大于上埋式设涵时的中心沉降。 3产生土拱效应需要一定的填土高度。对三种涵洞而言，沟埋式设涵时填土高度小于 20

3、m 时，涵顶垂直土压力系数不小于 1，土拱效应不明显；填土高度超过 20m 过后，涵顶垂直土压力系数开场小于 1，涵洞上方的土拱效应变得明显。土拱效应减少的涵顶垂直土压力最高达上覆填土自重的 22%。 4对不同类型涵洞而言，拱涵和管涵的受力情况接近，上埋式设涵情况下涵顶垂直土压力系数最大值为 1.19，填土高度无限大时涵顶垂直土压力系数趋向 1，而沟埋式设涵情况下涵顶垂直土压力系数最小值为 0.85 左右；对箱涵而言，上埋式设涵时涵顶垂直土压力系数最大值为 1.33，沟埋式设涵时涵顶垂直土压力系数最小值为 0.78。 5沟埋式设涵时沟壁并不绝对垂直的情况下，沟壁与竖直方向所成角度 越小，涵顶土

4、压力越小，此时土拱效应越明显，沟壁与竖直方向所成角度 越大，涵顶土压力的值越大。角度 从小到大的经过，实际上就是理想的沟埋式设涵向上埋式设涵过渡的经过。 6基于上述结论，提出下面建议：实际工程中，当涵洞的填土高于 22m时，设涵形式首选沟埋式设涵，利用土拱效应减小涵顶的垂直土压力；没有沟埋式设涵施工条件的，可选择上埋式拱涵这一形式，其涵顶垂直土压力系数最大值较小，有利于受力。 7把实测数据与数值模拟结果相比照，发现两者误差相差不超过 2.7%，验证了数值模拟结果的可靠性。 5.2 瞻望 本文通过现场监测和数值模拟相结合的手段，对不同设涵情况下的不同涵洞在各填土高度下的土压力分布和土拱效应进行了

5、研究。但在运用有限元软件进行建模时，对一些复杂的实际条件进行了简化处理，这使得本次研究所得的结论具有一定程度上的局限性，存在着一些有待完善的缺乏之处。 数值模拟中高填方情况下填土高度间距取值为 10m，能够尝试间距获得更小一些，划分得更细一点,以获得更为准确的结果。实际工程中，涵顶垂直土压力系数在允许的条件下，越小则越安全，下一步能够尝试在沟埋式设涵涵洞正上方加一层或多层柔性材料，增大上覆土体的沉降，理论上会使得土拱效应更明显，涵顶垂直土压力系数更小。 另一方面，囿于篇幅和时间，涵洞土压力监测应时间跨度更长，才能确保更全面、准确的反映施工完成后土压力的变化规律。 以下为参考文献 Abbot P

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