高填土涵洞土壓力理論與涵洞結(jié)構(gòu)變形智能預(yù)測.pdf

1、排泄公路兩側(cè)沖溝、溪流的洪水,在不過水時(shí)也可作交通使用,單孔跨徑小于5m的稱為涵。涵洞(管)被廣泛地應(yīng)用于公路、鐵路、市政、軍工等行業(yè)和部門,是“生命線工程”之一種。過去,我國公路中涵洞多為低填,涵洞設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范就可以滿足要求。但按照國家公路發(fā)展總體目標(biāo),我國公路建設(shè)投資不斷加大、公路等級明顯提高,公路中的高填土涵洞結(jié)構(gòu)物所占比重也是越來越大。日益增多的高填土涵洞,缺乏相應(yīng)的配套理論為指導(dǎo),導(dǎo)致在實(shí)際中暴露出許多問題。所以,高填土涵洞研

2、究有著重要的社會意義。本文采用相似材料模型試驗(yàn)、有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對決定高填土涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載一垂直土壓力進(jìn)行研究,得出垂直土壓力分布;不同標(biāo)高土層的沉降位移分布。在此基礎(chǔ)上,建立高填土涵洞垂直土壓力計(jì)算公式。測試涵洞結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布,探討涵洞病害原因。采用自行編制的自適應(yīng)遺傳算法-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對涵洞斷面測點(diǎn)變形(應(yīng)力)進(jìn)行預(yù)測。具體的研究內(nèi)容如下所述:
　　 (1)依據(jù)相似定理,量綱分析法導(dǎo)出相似指標(biāo),作為試驗(yàn)相似與否的

3、判定標(biāo)準(zhǔn)。對比試驗(yàn)確定砂、石膏和硅藻土的混合物為相似材料,得出用水量、砂膏比、膏土比和養(yǎng)護(hù)條件與材料力學(xué)參數(shù)的關(guān)系。用相似材料,按幾何相似比,制成拱涵和蓋板涵的小比例模型,代替其他人采用的有機(jī)玻璃、木塊制作涵洞模型,可以更加真實(shí)反應(yīng)涵洞結(jié)構(gòu)受力。
　　 (2)對試驗(yàn)箱內(nèi)涵洞模型逐層填土、千斤頂逐級加載模擬實(shí)際施工過程,土壓力計(jì)測試涵洞填土層的應(yīng)力變化。填土高度增加,垂直土壓力及其增長速度都呈現(xiàn)非線性增長。填土高度較低時(shí),施工荷載

4、和剛度差異引起附加應(yīng)力作用;填土達(dá)到一定高度后,應(yīng)力重分布產(chǎn)生土拱效應(yīng),兩者共同影響決定垂直土壓力分布。模型試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)力法分析涵洞高、低應(yīng)力區(qū)的分布,探究涵洞發(fā)生病害原因。施工期臨時(shí)荷載和剛度差異引起附加應(yīng)力大于設(shè)計(jì)的永久荷載而導(dǎo)致涵洞在填土高度較低時(shí)出現(xiàn)病害。試驗(yàn)標(biāo)志點(diǎn)位移測量,得出填土沉降分布,涵洞頂部填土的沉降變形性狀為上凸形,且隨填土高度增加,沉降差異逐漸縮小。
　　 (3)考慮涵洞埋設(shè)的地形條件、填土特性、地基土的土性

5、參數(shù)、地基處理方式的不同和涵洞結(jié)構(gòu)特征等因素對高填土涵洞垂直土壓力的影響,進(jìn)行數(shù)值模擬.具體分析每一影響因素與涵洞垂直土壓力分布之間的聯(lián)系,與模型試驗(yàn)結(jié)果對比,為建立高填土涵洞垂直土壓力公式提供參考。
　　 (4)參照模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬結(jié)果,分別建立剛性、柔性兩種地基處理方式對應(yīng)的高填土涵洞垂直土壓力計(jì)算公式。以填土高度h0為分界,列出附加應(yīng)力和土拱效應(yīng)起作用的兩階段土壓力公式。與模型試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)對比;同時(shí)與其它9種規(guī)范公式對同

6、一算例求解,分析各種方法得到的土壓力分布情況。
　　 (5)綜合遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back-PropagationNetwork,BP)兩種智能方法的優(yōu)點(diǎn),編程實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)遺傳算法-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)(Adaptiave Genetic Algorithm-Back-Propagation Network,AGA-BP),并首次將其應(yīng)用到高填土涵洞變形(應(yīng)力)的預(yù)測研究中。AGA提出自適