溝埋式涵洞垂直土壓力的試驗和有限元模擬分析.pdf

1、本文以室內(nèi)模型試驗為基礎，結(jié)合有限元數(shù)值模擬，對上埋式和溝埋式涵洞土壓力的計算進行了系統(tǒng)、深入的研究。本論文所作的研究工作和得出的主要成果如下： (1)本文以剛性地基、砂性填土條件下剛性涵洞為研究對象，進行了一系列的室內(nèi)模型試驗。一方面通過觀測埋設于土體中的標志在分層填筑的砂性土自重作用下的沉降位移，得到了不同填土高度下矩形斷面和梯形斷面中填土的沉降位移等值線圖：另一方面通過電測埋沒于涵洞附近的壓力盒的變形間接獲得方形涵洞洞頂垂

2、直土壓力系數(shù)Ks與溝槽底寬B和開挖坡度m的關系。通過分析比較，矩形溝槽涵洞B/D=1時，涵洞土壓力系數(shù)隨填土高度的增加而單調(diào)減小，B/D≥2時，土壓力系數(shù)隨填土高度先增后減，填土高度相同時，土壓力系數(shù)隨槽寬的增加而增大；梯形溝槽涵洞垂直土壓力系數(shù)隨填土高度的增加先增后減，填土高度相同時，土壓力系數(shù)隨溝坡的變緩而變大。 (2)利用大型通用有限元分析程序ANSYS，選用試驗參數(shù)，對室內(nèi)模型試驗進行模擬，得到洞頂垂直土壓力系數(shù)及填土位

3、移場，與試驗結(jié)果對比，驗證了采用該程序模擬涵洞土壓力的可靠性。另外，本文還利用ANSYS模擬了矩形斷面溝埋式涵洞填土的應力場，結(jié)果表明：洞頂垂直土壓力呈中間小、兩邊大的分布，洞頂平面兩側(cè)土體呈中間大、兩邊小的土壓力分布，涵洞的存在對土壓力場的影響高度隨著開槽寬度的增大而增大。 (3)在模擬剛性地基、剛性涵洞的基礎上將模擬范圍進行拓展，通過增加地基單元系統(tǒng)全面地分析了軟基涵洞的受力性狀，得到了不同邊界條件下洞頂垂直土壓力系數(shù)Ks與

4、地基填土彈模比Ed/Er之間的關系。結(jié)果表明涵洞的垂直土壓力與地基剛度有關系：矩形溝槽B/D=1時，在整個填土高度范圍內(nèi)，地基彈性模量越小，洞頂土壓力系數(shù)越大；B/D≥1.5時，填土高度較小時，地基彈性模量越小，洞頂垂直土壓力系數(shù)越小，填土高度達到一定值時，地基彈性模量越小，洞頂垂直土壓力系數(shù)越大；上埋式涵洞在整個填土高度范圍內(nèi)，地基彈性模量越小，洞頂垂直土壓力系數(shù)越小。 本文的研究工作，尤其是使用有限元方法模擬軟基涵洞的部分，