斜坡地段矩形排水管道受力分析

论文摘要

随着山地城市的高速发展,埋地管道在山地城市的应用日益广泛。山地城市的市政管道具有地形复杂、地质条件变化较大等特点,而且山地城市的埋地管道需要通过大量的斜坡地段,管道可能存在偏压现象。埋地管道是一种特殊的结构,管周的土体对管道既是荷载又是约束,管道在受力变形后会对周围土体产生挤压,受到挤压的管周土体则产生相应的弹性抗力,约束并阻止管道的继续变形。管道周围土压力的分布规律的分析是计算管道稳定性和管道本身结构设计的基础。有鉴于此,本文通过室内模型试验,基于弹性理论和有限元数值分析方法,对斜坡地段的浅埋管道的周围土压力分布及横向力学性状进行了计算和分析。论文的主要研究内容及结论如下:①在查阅相关文献的基础上,综述了管道周围的土压力分布规律及管道力学性状的研究现状,总结分析了前人在管土相对刚度、土体性质、地形对管道周围土压力及管道力学性状的影响方面的研究成果。②设计了室内管道模型试验,试验重点对管道周围土压力的分布特征进行了研究。分析了管道在斜坡不同位置的情况管道周围土压力分布的区别。③对现行的几种常用的管道周围土压力分布方法和试验所测的数据进行对比分析,指出现有几种方法的优缺点。④分别采用荷载结构法和地层结构法对斜坡地段的埋地管道进行定量化对比分析。分析了当采用两种不同方法时,斜坡参数、土体参数等因素对管道内力的的影响。本文研究的方法和结果,将为斜坡地段浅埋管道的截面设计、施工及管道的选址等提供一定的方法和技术指导。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及成果
• 1.2.1 地下管道的分类
• 1.2.2 地下管道的埋设方法
• 1.2.3 埋地管道受力分析研究现状
• 1.2.4 地下管道的荷载种类
• 1.3 本论文研究的主要思路和内容
• 2 管道受力模型试验
• 2.1 试验设计思路
• 2.2 管道试验模型箱的设计
• 2.2.1 试验模型箱的设计
• 2.2.2 管道模型的制作
• 2.2.3 试验设备
• 2.3 管道模型试验内容及试验步骤
• 2.3.1 试验内容
• 2.3.2 试验步骤
• 2.4 本章小结
• 3 试验结果及与其它方法计算结果对比分析
• 3.1 试验结果及分析
• 3.2 几种常见土压力算法
• 3.3 土压力值对比
• 3.4 本章小结
• 4 数值模拟分析
• 4.1 有限元模型
• 4.1.1 计算模型
• 4.1.2 计算参数
• 4.1.3 网格划分
• 4.2 数值分析结果
• 4.2.1 管道位于边坡底部
• 4.2.2 管道位于边坡中部
• 4.2.3 管道位于边坡顶部
• 4.3 数值分析与试验结果对比分析
• 4.4 本章小结
• 5 斜坡参数对埋地矩形管道内力的影响
• 5.1 荷载结构法计算依据及计算模型
• 5.1.1 计算依据
• 5.1.2 计算模型
• 5.2 荷载结构法斜坡参数的影响
• 5.2.1 外侧上覆土厚度
• 5.2.2 坡度
• 5.2.3 内摩擦角
• 5.2.4 重度
• 5.3 地层结构法计算依据
• 5.3.1 计算参数选取
• 5.3.2 网格划分
• 5.4 地层结构法斜坡参数的影响
• 5.4.1 外侧上覆土厚度
• 5.4.2 坡度
• 5.4.3 内摩擦角
• 5.4.4 重度
• 5.4.5 土体弹性模量
• 5.5 本章小结
• 6 主要结论和建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目