[發(fā)明專利]高填方涵洞涵頂垂直土壓力計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610972101.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN106777451B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮忠居;郝宇萌;潘放;李軍;隆云國(guó);建鑫龍;李炎;李少杰;李保瑞;邵景干;邵平;蒙超榮;尹洪樺;董蕓秀;王振;蘆佳;范哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)安大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 李婷

本發(fā)明的高填方涵洞涵頂垂直土壓力計(jì)算方法，綜合考慮了填土高度、跨徑、地形條件、地基模量、減荷措施等因素的影響，解決了現(xiàn)有規(guī)范中沒有考慮涵洞結(jié)構(gòu)、填土介質(zhì)、地形條件及地基的共同作用等因素致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與涵洞實(shí)際受力相差較大，避免了因設(shè)計(jì)過(guò)于保守造成的材料浪費(fèi)及設(shè)計(jì)荷載不足導(dǎo)致的涵洞結(jié)構(gòu)安全隱患，在保證涵洞結(jié)構(gòu)安全性的前提下，直接和間接經(jīng)濟(jì)效益明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及高填方涵洞涵頂垂直土壓力計(jì)算方法。適用于涵洞以及其他各種上埋式、溝埋式構(gòu)筑物，諸如用于圓管涵，拱涵，蓋板涵，箱涵,尾礦壩(庫(kù))下的排洪洞，土石壩下的廊道、泄水洞，填埋式地下變電站、各類地下通道等。

背景技術(shù)

涵洞廣泛應(yīng)用于交通、水利及市政工程等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，其作用是宣泄底面水流(小溪或小河流)，或便于人、畜和車輛通行而設(shè)置的橫穿路基的構(gòu)造物。

在高速公路建設(shè)中尤其在我國(guó)山區(qū)高速公路建設(shè)中高填方涵洞的應(yīng)用非常普遍。高填方涵洞由于涵頂上覆填土高度大加之涵洞-填土-地基受力體系的復(fù)雜性使涵頂實(shí)際垂直土壓力計(jì)算難以準(zhǔn)確計(jì)算。一方面，地基、地形和施工工藝等現(xiàn)場(chǎng)條件對(duì)涵頂垂直土壓力影響較大，若在涵洞周邊存在邊坡則可以分擔(dān)一部分涵頂填土荷載減少涵頂所受垂直土壓力；另一方面，當(dāng)高填方涵洞地基土條件較差時(shí)，為防止地基承載力不足造成較大沉降量過(guò)大或不均勻沉降，設(shè)計(jì)及施工人員通常增加基礎(chǔ)尺寸，甚至采用管樁處理形式進(jìn)一步加大地基土剛度從而增大涵頂實(shí)際垂直土壓力；此外，由于高填方涵洞實(shí)際上覆垂直土壓力較大，往往采取減荷措施，其中EPS板的運(yùn)用較為廣泛。由于EPS板材料性質(zhì)與填土、涵洞及地基土受力性質(zhì)完全不同致使涵頂垂直土壓力的計(jì)算更加復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)外已有數(shù)十種涵頂垂直土壓力計(jì)算方法，但不同計(jì)算方法由于理論假設(shè)不同或缺乏理論支撐等原因使涵頂垂直土壓力計(jì)算結(jié)果存在較大出入，使設(shè)計(jì)及施工人員難以選擇。綜上，涵頂垂直土壓力的計(jì)算方法直接影響涵洞結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及安全，嚴(yán)重時(shí)，將直接影響到高速公路的正常運(yùn)營(yíng)。

因此，研究一種能夠綜合考慮各種影響因素的涵頂垂直土壓力的計(jì)算方法，以期得到更加符合實(shí)際的涵頂垂直土壓力值，對(duì)于保障涵洞結(jié)構(gòu)的正常使用及高速公路的安全發(fā)展起到至關(guān)重要現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種高填方涵洞頂垂直土壓力計(jì)算方法。其綜合考慮結(jié)構(gòu)形式、填土高度、跨徑尺寸、地基土模量、溝谷寬度、EPS厚度等各種因素，提出各種影響因素下高填方涵洞垂直土壓力計(jì)算公式，并通過(guò)計(jì)算得到各種因素的影響系數(shù)以及垂直土壓力集中系數(shù)K_s參考值，其計(jì)算結(jié)果較現(xiàn)行的方法更接近實(shí)際；本發(fā)明旨在使涵頂垂直土壓力計(jì)算更加符合工程實(shí)際，從而達(dá)到改善涵洞結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)尺寸，配筋數(shù)量及材料強(qiáng)度以達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的高填方涵洞頂垂直土壓力計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟一：建立涵洞離心模型和涵洞數(shù)值仿真模型；涵洞離心模型和涵洞數(shù)值仿真模型涉及的參數(shù)包括：綜合影響因子C，填土高度H，跨徑D，溝谷寬度B，溝谷坡度α，EPS厚度H_EPS，影響因素系數(shù)b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆；

步驟二：將涵洞離心模型放入離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行離心模型試驗(yàn)，將涵洞數(shù)值仿真模型利用有限元分析軟件進(jìn)行數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，分別得到綜合影響因子C，填土高度H，跨徑D，溝谷寬度B，溝谷坡度α，EPS厚度H_EPS與涵洞涵頂垂直土壓力的關(guān)系為正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)；

步驟三：根據(jù)步驟二中得到的各個(gè)參數(shù)與涵洞涵頂垂直土壓力的關(guān)系，計(jì)算涵洞涵頂垂直土壓力，采用的公式為：