填土性質(zhì)與邊坡對高填方黃土明洞土壓力影響的研究.pdf

1、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(jìn)行回填，使得明洞工程建設(shè)不斷增多，土壓力計算的不合理將給這些工程的設(shè)計和應(yīng)用帶來各種問題，包括工程投資的浪費和結(jié)構(gòu)的安全隱患等。現(xiàn)行的設(shè)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(shè)計高填方的明洞時，無條件地運用此公式來進(jìn)行土壓力的計算，將會導(dǎo)致構(gòu)筑

2、物的結(jié)構(gòu)尺寸過于保守，進(jìn)而使得明洞結(jié)構(gòu)的造價以及基礎(chǔ)工程的建造費大幅度增加，導(dǎo)致經(jīng)濟上的浪費。基于上述論述，本文主要通過土壓力的理論推導(dǎo)、室內(nèi)模型試驗、有限元數(shù)值模擬三方面，研究了填土性質(zhì)、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(jié)論如下：
　　(1)對模型試驗中明洞回填所采用的填料進(jìn)行了試驗研究，分別采用三軸壓縮試驗、固結(jié)試驗測得黃土、改良土的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ；通過液塑限聯(lián)合測定法，測得黃土、改

3、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(guān)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(xué)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(zhì)等工況下明洞洞頂及拱腳的土壓力進(jìn)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(chǔ)采用

4、剛性基礎(chǔ)。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?。浑S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(nèi)試驗工況對土壓力變化規(guī)律進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明：當(dāng)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

5、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(dāng)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(jìn)行了總結(jié)。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(xué)計算模型，推導(dǎo)了有邊坡影響下的土壓力計算公式，為今后類似高填方

6、明洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計及施工提供理論參考。
　　(5)通過將室內(nèi)模型試驗結(jié)果、有限元計算結(jié)果與本文推導(dǎo)的計算公式的結(jié)果進(jìn)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(jié)果、有限元計算結(jié)果、室內(nèi)模型試驗結(jié)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(jié)果與γh基本一致，且理論計算值與有限元結(jié)果平均差值為8％。而模型試驗結(jié)果逐漸偏離理論及有限元計算值離呈非線性增長，