高路堤分层填筑作用下涵洞拱顶竖向土压力研究

论文题目: 高路堤分层填筑作用下涵洞拱顶竖向土压力研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 岩土工程

作者: 鲁瑞林

导师: 张永兴

关键词: 公路,高路堤,涵洞,非线性,竖向土压力,回归分析,减载

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着西部大开发战略的推进,填土高度在20m以上的高路堤及与之相应的高路堤涵洞越来越多,但由于这些高路堤涵洞缺乏合理的竖向土压力计算理论和方法,使部分涵洞在施工或运营过程中出现了不同程度的损害,大大增加了养护维修费用;与此同时,有的高路堤涵洞结构设计则过分保守而导致工程造价的浪费。因此,高路堤涵洞设计的经济性和安全性问题正日益突出。基于高路堤涵洞拱顶竖向土压力计算理论和方法的不合理性,本论文依托重庆市重点工程金渝大道高路堤涵洞项目,通过布设测试元件进行现场测试、各种竖向土压力理论对比计算以及数值模拟分析等方法,研究了涵顶竖向土压力的分布与变化特征。研究结果对高路堤涵洞结构的设计和施工具有重要指导意义。并在此基础上,提出了减少高路堤下涵洞拱顶竖向土压力的有效措施。所做研究工作和得出的成果如下:(1)研究了高路堤涵洞的竖向土压力变化规律。通过现场测试和数值模拟分析表明,当填土高度达到一定值时,涵顶竖向土压力明显小于理论值γH,涵顶竖向土压力与填土高度呈非线性关系。(2)研究了高路堤涵洞的竖向土压力计算方法。通过线性回归分析和各种竖向土压力理论对比计算,指出非线性土压力公式(σ=ξγHm)计算土压力更接近现场实测值,进行涵洞结构设计既经济合理又安全可靠,是目前较合理的涵洞竖向土压力计算方法。(3)研究了高路堤涵洞上方的拱效应。通过现场测试和数值模拟分析表明,当填土达到一定的高度后,高路堤涵洞将在其上部形成“土拱”,该“土拱”具有不稳定的特征,填土增高过程仍有部分竖向土压力传递到涵顶。(4)研究了高路堤涵洞“土拱”的形成机理。通过现场测试和理论分析,涵顶填土沉降量大于两侧沉降量,“土拱”的形成与地基条件、涵洞位置、施工流程等因素关系密切。(5)研究了FLAC程序在高路堤涵洞中的运用。运用FLAC程序分析计算高路堤涵洞的竖向土压力,能较好地反映填土过程、地形条件及涵洞结构物对竖向土压力的影响,其计算结果非常接近现场实测数据。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 高路堤涵洞的概念

1.1.1 路堤

1.1.2 涵洞

1.1.3 高路堤涵洞

1.2 研究背景

1.3 高路堤涵洞竖向土压力的国内外研究现状与存在的问题

1.3.1 研究现状

1.3.2 路基涵洞及深填埋地下填埋洞室土压力计算的典型理论和方法

1.4 本论文研究的目的、主要内容及技术路线

1.4.1 研究的目的

1.4.2 研究的主要内容

1.4.3 研究的技术路线

2 高路堤涵洞拱顶竖向土压力的现场测试

2.1 依托工程概况

2.1.1 工程简介

2.1.2 工程地质条件简介

2.1.3 施工简介

2.2 涵洞拱顶竖向土压力测试方案

2.2.1 测试涵洞概况

2.2.2 测试方案设计

2.3 压力盒的检验、标定、埋设及数据处理

2.3.1 压力盒检验

2.3.2 压力盒标定

2.3.3 压力盒埋设

2.3.4 压力盒测试数据的处理方法

2.4 沉降标的目的、埋设及数据处理

2.4.1 沉降标的目的

2.4.2 沉降标的埋设

2.4.3 沉降数据的处理方法

2.5 测试成果的汇总与分析

2.5.1 竖向土压力测试结果

2.5.2 填土沉降测试结果

2.5.3 涵顶竖向土压力系数Kv 计算结果

2.5.4 施工流程对竖向土压力结果的影响

2.6 小结

3 高路堤涵洞的成拱效应及拱顶竖向土压力非线性计算方法

3.1 土拱效应理论及形成条件

3.1.1 土拱的概念

3.1.2 土拱的形成条件

3.1.3 卸荷拱理论及计算方法

3.2 高路堤涵洞的拱效应及特性

3.3 高路堤涵洞的非线性竖向土压力计算理论

3.3.1 非线性竖向土压力概念

3.3.2 高路堤涵洞的非线性土压力计算理论公式

3.3.3 非线性土压力计算方法与其它土压力计算方法的对比

3.3.4 竖向土压力非线性计算方法的适用条件与影响因素分析

3.4 小结

4 涵洞拱顶竖向土压力数值模拟分析

4.1 数值计算软件

4.1.1 FLAC 程序简介

4.1.2 FLAC 的基本求解过程

4.1.3 FLAC 程序的特点

4.2 计算模型的选取

4.2.1 材料模型的确定

4.2.2 几何模型的确定

4.3 计算参数的确定

4.4 数值模拟计算结果及分析

4.4.1 数值模拟计算过程

4.4.2 数值模拟主要计算结果

4.5 数值模拟计算与现场测试结果的对比及分析

4.5.1 数值模拟的位移分析

4.5.2 拱顶竖向土压力值分析

4.6 小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 有待进一步研究的课题

致谢

参考文献

附录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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