本文選題：高填方明洞　切入點：土壓力　出處：《蘭州交通大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：我國黃土高原地區(qū)城市用地緊張,平山造地成為緩解這種局勢的主要途徑,在平山造地過程中不可避免的需要對既有公路(鐵路)明洞進行回填,使得明洞工程建設不斷增多,土壓力計算的不合理將給這些工程的設計和應用帶來各種問題,包括工程投資的浪費和結構的安全隱患等。現(xiàn)行的設計規(guī)范中明洞頂垂直土壓力的計算仍采用土柱法(σ=γH)計算。這個公式僅適用于填土高度相對較低時土壓力的計算,如果在設計高填方的明洞時,無條件地運用此公式來進行土壓力的計算,將會導致構筑物的結構尺寸過于保守,進而使得明洞結構的造價以及基礎工程的建造費大幅度增加,導致經(jīng)濟上的浪費�；谏鲜稣撌�,本文主要通過土壓力的理論推導、室內模型試驗、有限元數(shù)值模擬三方面,研究了填土性質、邊坡角度、槽底寬比對明洞土壓力變化規(guī)律的影響。論文主要完成的工作和所得結論如下:(1)對模型試驗中明洞回填所采用的填料進行了試驗研究,分別采用三軸壓縮試驗、固結試驗測得黃土、改良土的粘聚力c、內摩擦角φ;通過液塑限聯(lián)合測定法,測得黃土、改良土的液限wl和塑限wp;采用輕型擊實試驗,將試驗所得數(shù)據(jù)繪出干密度ρd與含水量w之間的關系曲線,得到黃土的最大干密度ρdmax和最優(yōu)含水率;最后還測試了黃土、改良土的壓縮系數(shù)和彈性模量。這些物理力學參數(shù)的測量,為理論公式及有限元模型中參數(shù)的選取提供了依據(jù)。(2)對不同邊坡角度、不同槽底寬比、不同填料性質等工況下明洞洞頂及拱腳的土壓力進行了數(shù)值模型分析。計算中黃土采用摩爾-庫倫理想彈塑性模型,明洞采用線彈性材料模擬,基礎采用剛性基礎。分析得到:隨著邊坡角度的增大,明洞頂及拱腳土壓力逐漸減小;隨著槽底寬比的增大,明洞頂及拱腳土壓力逐漸增大;隨著水泥改良土中水泥含量的增加,明洞頂?shù)耐翂毫χ饾u減小,而拱腳土壓力逐漸增大,在明洞回填過程中宜采用改良土作為回填料。(3)通過改變邊坡、槽底寬比等六種室內試驗工況對土壓力變化規(guī)律進行了研究。試驗結果表明:當槽底寬比一定時,坡度越大,外土體的總寬度和總重力減小,邊坡對其上托作用相對增強,同時,坡角越大,邊坡對土體的摩擦作用豎向分量增大,明洞頂土壓力越小,且隨著填土高度的增加,效果越明顯;當邊坡一定時,隨著槽底寬比的逐漸增大,邊坡對外土體的頂托作用將逐漸減小,洞頂土壓力便逐漸增大。(4)對土壓力集中系數(shù)法、土柱法、普氏卸荷拱理論、散體極限平衡法、太沙基理論五大經(jīng)典土壓力理論的計算方法及其適用范圍進行了總結。并基于庫倫土壓力理論、極限平衡法理論,建立了高填方明洞土壓力的力學計算模型,推導了有邊坡影響下的土壓力計算公式,為今后類似高填方明洞結構的設計及施工提供理論參考。(5)通過將室內模型試驗結果、有限元計算結果與本文推導的計算公式的結果進行相互對比驗證,可知:在填土高度小于30cm(模擬填土7.5m)時,本文理論公式的計算結果、有限元計算結果、室內模型試驗結果與土柱壓力rh的計算值基本一致;隨著填土高度的繼續(xù)增加,理論公式計算值、有限元計算結果與γh基本一致,且理論計算值與有限元結果平均差值為8%。而模型試驗結果逐漸偏離理論及有限元計算值離呈非線性增長,這主要是因為在模型試驗過程中,為了防止明洞遭人為破壞,明洞頂土體壓實度較低,致使明洞頂產(chǎn)生土工效應。
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【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U452.11

【參考文獻】

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1 李永剛;李珠;張善元;;矩形溝埋涵洞頂部垂直土壓力[J];工程力學;2008年01期

2 阮映輝;童勇江;;隧道偏壓明洞在不同洞頂回填傾角下的受力分析[J];交通標準化;2011年11期

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本文編號：1583933