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原文传递高填涵洞力学行为模型试验研究

论文题名：	高填涵洞力学行为模型试验研究
关键词：	高填土涵洞;力学模型试验;土压力;结构应变;涵洞结构;数值模拟
摘要：	随着国家高速公路事业的飞速发展，在山区，高填方涵洞因其良好的技术经济性能应用逐渐广泛。但调查发现：深埋涵洞的破坏也已成为路基的主要病害之一。现有的设计理论，对于高填土涵洞力学行为认识较为不足，导致有的设计偏于保守，有的设计不够安全。涵洞作为结构物埋置在路堤内，破坏并不一定是破坏区域所受的外力过大所致。可能是设计或施工的原因使结构承受了不利的荷载。正确认识涵洞力学行为特性及其影响因素，从而合理选择涵洞结构型式，采取经济有效的工程措施，成为山区高等级公路建设中急需解决的问题。通过室内模型试验，数值模拟及理论分析，对深埋涵洞的力学行为进行了较为系统的研究。 (1)根据相似理论，制作涵洞结构相似材料模型。采用涵洞结构的表面应变、土体内部土压力、土体变形三种量测手段。土压力曲线反映出填土到1.5倍涵洞宽度时可能会出现土拱效应，涵顶量测平面距中心25cm～35cm处土压力计数可能比中心处土压力大。 (2)基于应变量测数据，得到涵洞结构不同位置处的内力变化曲线。发现拱顶弯矩关于填土高度呈现单调增加的趋势较为明显。说明模型试验抓住了实际涵洞受力的主要矛盾。将拱涵简化为两铰拱体系，进行了结构内力反分析。考虑结构表面正向与切向分布荷载，采用最优化方法得到荷载系数的变化趋势，发现正压力系数关于填土高度基本呈单调变化；切向分布荷载对曲线变化形态有着较大的影响。相比静定体系，其他部位的荷载情况对涵顶内力有着更加显著的影响。 (3)采用有限差分方法，建立数值试验模型。与室内模型试验结果进行了对比，验证了数值模型的有效性。通过对3种地基刚度，4种填土介质的组合分析，得知涵顶土压力随地基刚度与填土强度指标的增强而增加。 (4)提出考虑拱效应与附加应力双重作用的2阶段涵洞受力计算方法。通过与既有计算理论对比，这种方法能较好的模拟涵洞土压力变化趋势。
作者：	王成
专业：	岩土工程
导师：	刘斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文