公路棚洞结构与边坡相互作用机理模拟研究

论文摘要

随着我国公路建设的发展，城市公路基本上能满足人们的通行出行，公路建设逐渐走进山区，我国是一个多山地的国家，山区公路隧道开始出现并逐渐向着更长、更大的方向发展，在山区公路隧道蓬勃发展的过程中，减少深挖高填、保护公路景观和生态维护也成了更高的指导方针。棚洞的出现在山区公路环境与防灾减灾方面具有重要的作用。在山区公路路线走廊困难地段、沿河岸沟谷地、路线傍山布置地段，构造物应顺应地势，提倡设置棚洞、半隧道结构，达到保护边坡和自然环境的目的。棚洞结构将傍山边坡的锚喷支护与棚洞结构有机的结合起来，形成完整的受力体系与环保型边坡支挡结构。以渝湘高速公路重庆段洪（洪安）酉（酉阳）路6#棚洞作为依托，对高速公路环保型建设技术开展专题研究工作。通过对不同边坡、坡率和回填体的分类分组,对比分析棚洞结构的内力变化规律。从而研究棚洞结构、回填体及边坡之间的相互作用机理。本论文的主要研究内容主要分为如下几个方面：①总结归纳国内外近些年的棚洞结构发展现状，分析对比了沿河傍山路段路堑方案、明洞方案和棚洞方案的经济性和可行性。充分展现了棚洞结构不仅能节省填挖工程量，更能很自然的融入环境并与之结合为一体。②以半拱斜柱式棚洞为例，通过对边坡和回填体的不同分组分类，建立棚洞结构物理力学模型。利用Midas/GTS有限元软件分析，比较不同工况下棚洞结构的受力特点。对设计和施工提出更合理的支护回填组合。③针对依托工程对棚洞结构进行室内模型试验，通过回填体和边坡的不同，分组进行对比试验，分析对棚洞结构的受力影响。得出在不同围岩情况下，建议最合适的刷坡坡率和回填体组合。更好的指导设计和施工。研究表明：在相同边坡条件下，土石回填相对于片石回填，棚洞结构的内力更大；相对与岩质边坡，土质边坡情况下棚洞结构受回填体材料的影响更大。在相同边坡坡率下，在边坡稳定的前提下，土质边坡相对于岩质边坡，棚洞结构内力值更大棚洞结构受力最大的部位集中在棚洞斜柱结构上，对于整个棚洞结构而言，斜柱内力是主要受力部位，其次是曲墙平板位置，最后是托梁位置；对于曲墙平板结构，斜柱断面上的结构内力较跨中断面的结构内力值更大；斜柱结构一般承受外推弯矩，斜柱顶端应力较大，而底端应力相对较小，斜柱底端地基梁和桩基础的约束力对斜柱底端的内力影响较大；斜柱顶端托梁受力较小

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 常用沿河傍山路段设计方案
• 1.2.1 路堑加固方案
• 1.2.2 明洞回填方案
• 1.2.3 棚洞结构方案
• 1.2.4 方案对比分析
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外棚洞结构的发展应用
• 1.3.2 国内棚洞结构的发展应用
• 1.3.3 棚洞结构建设中存在的问题及发展趋势
• 1.4 依托工程概况
• 1.5 研究的内容、方法及技术路线
• 1.5.1 研究的内容
• 1.5.2 研究的方法
• 1.5.3 研究的技术路线
• 第二章 棚洞结构特点、型式、设计和施工
• 2.1 常见棚洞结构的特点和型式
• 2.2 棚洞结构的设计
• 2.2.1 棚洞结构的设计原则
• 2.2.2 棚洞结构设计方法
• 2.2.3 棚洞主体结构设计
• 2.2.4 棚洞防排水设计
• 2.2.5 棚洞回填及绿化
• 2.3 棚洞结构的施工
• 2.3.1 棚洞工程的基本施工顺序
• 2.3.2 边坡土石的开挖
• 2.3.3 棚洞基础的施工
• 2.3.4 棚洞洞顶及顶部回填
• 第三章 公路棚洞结构与边坡数值模拟研究
• 3.1 棚洞结构边坡回填过程数值模拟
• 3.1.1 棚洞施工数值模拟二维有限元分析方法
• 3.1.2 计算模型和参数
• 3.1.3 棚洞施工过程的计算步骤
• 3.2 数值模拟计算结果及对比分析
• 3.3 棚洞结构数值模拟结论小结
• 第四章 公路棚洞结构与边坡的模型试验研究
• 4.1 依托工程概况
• 4.2 模型试验的目的及方案
• 4.2.1 模型试验的目的
• 4.2.2 结构模型方案
• 4.2.3 边坡围岩模型方案
• 4.3 模型试验及测试
• 4.3.1 模型监测方案
• 4.3.2 模型的实施
• 4.3.3 模型的数据分析
• 4.3.4 模型试验综合对比分析
• 4.4 模型试验基本结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 存在问题和以后的研究问题
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果