加筋高陡路堤穩(wěn)定性及其涵管受力特性研究.pdf

1、本文圍繞公路高陡填方路堤中邊坡失穩(wěn)和涵管開裂破壞兩個(gè)主要問題，結(jié)合湖南省科委研究項(xiàng)目《土工合成材料加筋土機(jī)理及其應(yīng)用研究》以及湖南省交通廳研究項(xiàng)目《公路涵管裂縫分析研究》，對(duì)加筋高陡路堤的穩(wěn)定性及其涵管的受力特性進(jìn)行了研究。本文的研究工作和取得的成果包括： (1)進(jìn)行加筋土抗剪作用直剪試驗(yàn)，模擬研究土工合成材料在邊坡穩(wěn)定中的工作狀態(tài)，得到了加筋土抗剪作用的一些重要特性。 試驗(yàn)表明，加筋改變了土體的應(yīng)力-應(yīng)變特性，應(yīng)力-應(yīng)

2、變曲線趨緩，在較大剪切位移時(shí)達(dá)到峰值強(qiáng)度，與素土相比，加筋土峰值強(qiáng)度較大，殘余強(qiáng)度的降低幅度減小，使土體抗剪性能增強(qiáng)，土體延性提高；本文著重研究了加筋密度、筋材拉伸模量、壓實(shí)度以及試驗(yàn)豎向壓力等加筋參數(shù)對(duì)加筋土抗剪作用和加筋效果的影響。 (2)建立了加筋高陡路堤的有限元穩(wěn)定分析計(jì)算模型，分析加筋高陡路堤的穩(wěn)定性及其影響因素，計(jì)算結(jié)果與加筋土的直剪試驗(yàn)和離心模型試驗(yàn)結(jié)果的比較，證實(shí)了本文計(jì)算模型和計(jì)算結(jié)果的合理性。 計(jì)算分

3、析表明，加筋明顯提高了高陡路堤的穩(wěn)定性，與素土邊坡相比，加筋邊坡具備更大的穩(wěn)定儲(chǔ)備和臨界高度，在設(shè)計(jì)條件相同的情況下，通過加筋處理，邊坡坡度可以適當(dāng)提高；加筋邊坡與素土邊坡相比，具有更大的延性，與本文第二章的試驗(yàn)結(jié)果一致。土工合成材料加筋路堤為公路工程中既要求提高路堤高度，又要求盡可能增大路堤坡度的工程難題提供了解決方法。 本文分析了填土性質(zhì)、加筋密度以及筋材拉伸模量不同時(shí)，對(duì)加筋邊坡的穩(wěn)定性和加筋效果的影響。為保證加筋的穩(wěn)定效

4、果，本文提出了處理好加筋路堤強(qiáng)度和地基強(qiáng)度的協(xié)調(diào)、土體彈性模量與筋材拉伸模量的匹配的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)。 (3)分析涵管開裂破壞的原因，結(jié)合課題試驗(yàn)研究，提出公路涵管防裂破壞的改進(jìn)的工藝措施和施工方法，涵管次品率從39.8％降低到1.92％，有效減少了涵管早期裂縫。 (4)編制了高路堤下涵管受力特性分析的有限元程序，并對(duì)加筋和未加筋路堤下涵管的受力狀態(tài)進(jìn)行了有限元計(jì)算，分析比較加筋條件下涵管受力狀態(tài)的變化，得出了加筋路堤減小涵管土

5、壓力的機(jī)理，計(jì)算結(jié)果與實(shí)體工程測試結(jié)果的比較表明，采用的有限元計(jì)算模型和計(jì)算方法的合理性，以及有限元程序的有效性。 涵管周圍存在土應(yīng)力集中，路堤加筋后，由于筋材與土體的相互作用，加筋一方面調(diào)整了涵管周圍土體的應(yīng)力分布，涵管受力相對(duì)均勻，管頂及管底的豎向土壓力集中現(xiàn)象得到明顯改善。另一方面加筋對(duì)土體強(qiáng)度、剛度，以及路堤整體性的提高，直接增強(qiáng)了涵管周圍土體的“拱作用”，減小了涵管的土壓力。 本文的分析表明，土工合成材料加筋有

6、利于減小涵管上豎向土壓力，作為涵管的減荷施工方法是有效的，本文的方法為涵管減荷提供了新的途徑。 (5)提出了基于涵管與土體相互作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過與試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算方法的比較，證實(shí)了方法的合理性。 分析表明，本文方法和美國公路規(guī)范方法計(jì)算的涵管截面彎矩結(jié)果接近涵管0.2mm裂縫寬度彎矩的試驗(yàn)結(jié)果，鐵路規(guī)范的計(jì)算結(jié)果則接近涵管開裂彎矩的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)方法相對(duì)合理；公路規(guī)范涵管土壓力的確定，沒有反映涵管與土作用體系

7、相對(duì)于無涵管時(shí)土體應(yīng)力狀態(tài)的改變，求得的內(nèi)力值相對(duì)偏小，偏不安全；因此，本文認(rèn)為制作工藝和施工方法不合理是造成公路工程涵管開裂破壞的原因外，目前公路規(guī)范的涵管結(jié)構(gòu)分析方法導(dǎo)致的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足也是重要的方面。 參數(shù)研究表明，隨填土變形模量和涵管剛度的比值增大，涵管彎矩減??；大徑涵管與小徑涵管相比，大徑涵管的彎矩對(duì)壁厚的變化更為敏感，而在同一填方高度下，大徑涵管承受的彎矩更大。與現(xiàn)有方法相比，本文考慮涵管結(jié)構(gòu)與填土相互作用的分析方法在