论文题目: 加筋高陡路堤稳定性及其涵管受力特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 魏红卫
导师: 邹银生
关键词: 加筋土,剪切试验,加筋路堤,边坡稳定分析,有限元,涵管,结构与土共同作用,位移协调
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文围绕公路高陡填方路堤中边坡失稳和涵管开裂破坏两个主要问题,结合湖南省科委研究项目《土工合成材料加筋土机理及其应用研究》以及湖南省交通厅研究项目《公路涵管裂缝分析研究》,对加筋高陡路堤的稳定性及其涵管的受力特性进行了研究。本文的研究工作和取得的成果包括: (1) 进行加筋土抗剪作用直剪试验,模拟研究土工合成材料在边坡稳定中的工作状态,得到了加筋土抗剪作用的一些重要特性。 试验表明,加筋改变了土体的应力-应变特性,应力-应变曲线趋缓,在较大剪切位移时达到峰值强度,与素土相比,加筋土峰值强度较大,残余强度的降低幅度减小,使土体抗剪性能增强,土体延性提高;本文着重研究了加筋密度、筋材拉伸模量、压实度以及试验竖向压力等加筋参数对加筋土抗剪作用和加筋效果的影响。 (2) 建立了加筋高陡路堤的有限元稳定分析计算模型,分析加筋高陡路堤的稳定性及其影响因素,计算结果与加筋土的直剪试验和离心模型试验结果的比较,证实了本文计算模型和计算结果的合理性。 计算分析表明,加筋明显提高了高陡路堤的稳定性,与素土边坡相比,加筋边坡具备更大的稳定储备和临界高度,在设计条件相同的情况下,通过加筋处理,边坡坡度可以适当提高;加筋边坡与素土边坡相比,具有更大的延性,与本文第二章的试验结果一致。土工合成材料加筋路堤为公路工程中既要求提高路堤高度,又要求尽可能增大路堤坡度的工程难题提供了解决方法。 本文分析了填土性质、加筋密度以及筋材拉伸模量不同时,对加筋边坡的稳定性和加筋效果的影响。为保证加筋的稳定效果,本文提出了处理好加筋路堤强度和地基强度的协调、土体弹性模量与筋材拉伸模量的匹配的设计观点。 (3) 分析涵管开裂破坏的原因,结合课题试验研究,提出公路涵管防裂破坏的改进的工艺措施和施工方法,涵管次品率从39.8%降低到1.92%,有效减少了涵管早期裂缝。 (4) 编制了高路堤下涵管受力特性分析的有限元程序,并对加筋和未加筋路堤下涵管的受力状态进行了有限元计算,分析比较加筋条件下涵管受力状态的变化,得出了加筋路堤减小涵管土压力的机理,计算结果与实体工程测试结果的比较表明,采用的有限元计算模型和计算方法的合理性,以及有限元程序的有效性。 涵管周围存在土应力集中,路堤加筋后,由于筋材与土体的相互作用,加筋
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 问题的提出
1.2 加筋路堤研究现状
1.2.1 加筋土的应用和发展
1.2.2 加筋土机理试验和理论研究
1.2.3 加筋路堤稳定性分析
1.3 路堤涵管受力特性研究现状
1.3.1 涵管土压力特性
1.3.2 涵管土压力计算方法
1.3.3 涵管开裂破坏的原因
1.3.4 涵管结构设计方法
1.4 本文研究的目的及意义
1.5 本文研究的主要内容
第2章 土工合成材料加筋边坡抗剪作用试验研究
2.1 引言
2.2 试验方法
2.2.1 试验原理
2.2.2 试验材料
2.2.3 试件制备
2.2.4 试验仪器和试验方法
2.3 素土抗剪强度和变形特性
2.4 加筋土体应力-应变特性
2.4.1 不同加筋层数的加筋土体的应力-应变特性
2.4.2 不同筋材拉伸模量的加筋土体的应力-应变特性
2.4.3 不同压实度下加筋土体的应力-应变特性
2.4.4 不同竖向压力下加筋土体的应力-应变特性
2.5 加筋土的抗剪强度特性
2.5.1 不同加筋层数的加筋土体的剪切强度
2.5.2 不同筋材拉伸模量的加筋土体的剪切强度
2.5.3 不同压实度的加筋土体的剪切强度
2.6 加筋含砂低液限粉土的抗剪作用机理
2.7 小结
第3章 加筋高陡路堤稳定性有限元分析
3.1 引言
3.2 加筋高陡路堤边坡稳定性有限元计算方法
3.2.1 计算原理
3.2.2 边坡破坏判别
3.2.3 重力荷载
3.2.4 土体模型
3.2.5 筋材与土体的界面模拟
3.3 加筋高陡路堤边坡稳定性计算结果及分析
3.3.1 不同土体强度指标下的加筋效果
3.3.2 土体弹性模量与加筋高路堤陡边坡的稳定性
3.3.3 加筋层数与加筋高路堤陡边坡的稳定性
3.3.4 筋材拉伸模量与加筋边坡的稳定性
3.3.5 边坡坡角与加筋边坡的稳定性
3.3.6 加筋边坡的破坏模式以及路堤和地基强度的协调
3.4 小结
第4章 高路堤下涵管的土压力特性及涵管裂缝分析
4.1 引言
4.2 涵管结构的土压力作用机理
4.2.1 填土与结构共同作用特性
4.2.2 涵管周围填土差异沉降引起的附加土压力
4.3 涵管土压力影响因素
4.3.1 不同埋设方式下涵管的土压力
4.3.2 不同土性指标和压实度下的涵管土压力
4.3.3 不同地基和垫层上的涵管土压力
4.4 涵管土压力计算方法
4.5 涵管土压力减荷措施
4.6 公路涵管裂缝分析和改进的制作工艺
4.6.1 涵管的材料特性和裂缝发展机理
4.6.2 混凝土涵管制作工艺存在的主要问题
4.6.3 混凝土涵管制作工艺的改进
4.7 小结
第5章 加筋高路堤涵管的受力特性
5.1 引言
5.2 有限元计算方法
5.2.1 土体模型
5.2.2 加筋路堤涵管的有限元计算模型
5.2.3 计算方法
5.3 加筋路堤涵管受力特性的计算结果
5.3.1 加筋路堤涵管垂直土应力分析
5.3.2 加筋路堤涵管水平土应力分析
5.3.3 加筋路堤涵管的剪应力分析
5.4 计算结果与实测结果比较
5.5 加筋路堤涵管土压力作用机理
5.6 小结
第6章 考虑位移协调的上埋式涵管结构设计方法
6.1 引言
6.1.1 基本假定和计算简化
6.1.2 涵管周围土层的应力和位移函数
6.1.3 考虑位移协调的涵管截面内力计算
6.2 分析方法论证
6.2.1 试验结果和工程调查
6.2.2 算例
6.2.3 方法分析
6.3 涵管结构与土相互作用特性
6.4 小结
结论
参考文献
致谢
附录A：攻读学位期间的科研和论文
发布时间: 2005-09-27
参考文献
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