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原文传递硬基沟埋式管道垂直土压力研究

论文题名：	硬基沟埋式管道垂直土压力研究
关键词：	土压力;相对刚度;有限元分析;沟埋式管道
摘要：	地下埋管广泛地应用于水利、交通、市政建设及能源部门，主要分为沟埋式和上埋式。有文献表明，由于缺乏合理的垂直土压力计算理论，埋管在运营中常出现各种病害。尤其是沟埋式管道，虽然计算公式很多，但都存在一定的局限性，在现行的水工建筑物荷载设计规范中由于计算方法尚不成熟而没有推荐计算方法。本文以室内模型试验为基础，结合有限元数值模拟和理论分析，对硬基沟埋式管道垂直土压力的计算作了较为深入、系统的研究。本文以刚性地基、砂性填土条件下刚性埋管为研究对象，进行了一系列的室内模型试验。试验边界条件分别为：不同槽宽矩形沟槽，底宽为2倍管径、不同槽壁坡度的梯形沟槽，上埋式。试验成果为不同填土高度时管项垂直土压力分布及填土体内竖向位移。根据试验数据，计算管项垂直土压力系数。通过分析比较，得出刚性埋管垂直土压力系数的变化规律：在各种边界条件下，沟埋式刚性管道垂直土压力系数随填土高度呈非线性变化，变化规律与沟槽断面密切相关。矩形沟槽B/D≤1.5时，埋管土压力系数随填土高度的增加而单调减小；B/D≥2时，土压力系数随填土高度先增后减。填土高度相同时，土压力系数随槽宽的增加而增大。梯形沟槽埋管垂直土压力系数随填土高度的增加先增后减。填土高度相同时，土压力系数随沟坡的变缓而变大。利用有限元分析软件ANsYS，选用试验参数，对室内模型试验进行模拟。在验证采用该程序模拟埋管土压力的可靠性的基础上对柔性埋管进行了计算。结果表明埋管的垂直土压力计算应考虑管土结构共同作用。管土相对刚度比α<,S>可表征埋管刚度和填土刚度对垂直土压力的影响。柔性埋管的垂直土压力可以通过对同条件刚性管折减计算。折减系数由有限元模拟结果求得。当α<,S>=0.005时，柔性埋管垂直土压力仅为刚性管的70％左右。 Marston-Spangler理论是现有计算沟埋式管道垂直土压力的基础。该理论认为减去槽壁摩擦力之后的管项以上槽内全部土重都由管道承担，不考虑两侧胸腔回填土体承担上部土重的作用。针对现有计算理论的不足，根据试验和有限元模拟结果，对沟埋式刚性管道的计算建立了新的模型，推导出了垂直土压力的计算公式。修正了M-S理论。
作者：	付俊英
专业：	水工结构工程
导师：	李永刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文