山区公路高填方涵洞土压力计算理论研究综述.docx

Vo1124 No14 JOURNAL OF CHON GQIN G J IAOTON G UNIVERSITY Aug. ,2005 山区公路高填方涵洞土压力计算理论研究综述杨 锡 武 Ξ(重庆交通学院 土木建筑学院 ,重庆 400074)摘要 :根据我国山区公路高填方涵洞设计没有合适土压力计算理论和方法 ,介绍了目前国内外有关高填方涵洞土压力计算理论研究成果和现状 ,并对这些理论和方法作了评述 ,对于高填方涵洞结构设计和土压力计算理论研究 有一定参考价值.关 键 词 :公路 ;高填方 ;涵洞 ;土压力中图分类号 :U44918文献标识码 :A文章编号 (2005) 0420055207我国是一个多山的国家 ,尤其是西南和西北部分地区 ,地势起伏大 ,由于高等级公路线形标准的要 求和地形条件限制 ,使得山区高等级公路的高填方路基及相应的高填方涵洞较多 ,高填方涵洞的结构 设计与应用的问题比较突出 ,有的高填方涵洞最大 填土高度达 50 多 m1 . 虽然国内外对高填方涵洞的土压力计算和减载均有一定研究 ,但都处于解决施 工应用问题的水平 ,对涉及高填方涵洞设计核心的土压力计算理论的研究成果并不多 ,而对于高填方 涵洞结构设计具有十分重要的意义 ,本文就有关高 填方涵洞土压力计算理论及试验研究的国内外研究现状作简要介绍 ,供设计和研究参考.多 ,在这些地带的排水结构物设计中 ,低填方条件下的涵洞结构已不能满足这些山区公路的涵洞结构设 计的要求 ,已成为目前山区高等级公路建设中的重要研究课题之一 ,因此 ,国内有关文献在这些方面都 作了相应的研究与探讨2 ～10 . 在国外 , 例如欧美等 国和地区的地形高差与中国差别较大 ,经济发达 ,公路设计 、建设更重视环保 ,在设计施工中要求尽量少 破坏天然山体 ,尽量减少高填深挖路基 ,在同样公路 等级和地形条件下 ,其高填方路基和相应的高填方 涵洞较少 ,有关高填方涵洞的研究成果报道并不多 ,更多的则是低填方涵洞或明涵的试验与研究成果11 ,12.高填方涵洞的土压力试验研究现状高填方涵洞的土压力计算属人工深填埋地下洞 室的土压力计算问题 ,其问题的核心是在计算高填 土中填埋洞室的土压力计算是否应该考虑拱效应 ? 如何考虑拱效应 ? 在不同地基条件下土压力计算如 何考虑地基条件与沉降对涵洞土压力的影响 ? 关于 对这些问题的研究最早始于水利水电工程地下填埋 沟管的土压力计算2 ,这些排水结构物的特点是尺 寸较大 ,填土高 ,但填土的压实可不考虑对地面结构 物的影响. 在国际上 ,对公路高填方涵洞的土压力计 算问题的研究则因各个国家和地区的地形条件密切 相关 ,具有一定的特殊性 ,不同国家对这个问题研究 的深度和广度及重点明显不同. 在我国西南的云贵 川及陕西等西部部分地区 ,地势起伏大 ,为满足公路 的较高线形标准要求 ,过山沟地带的高填方路基增1国内对高填方涵洞土压力理论及试验研究有以下主要成果 : 文献 [ 2 ] 在室内用砂作填料 , 制作了125 ×145 ×50cm 的室内模型 , 研究了地基刚度与涵 洞刚度之差在涵洞上引起的附加应力变化情况 , 得出了当涵顶与涵台外的沉降差为 + δ时 , 将使作用 于涵洞上的土压力σv 增大 , 反之使σv 减小 , 涵顶附 加土压力Δσv 的大小完全取决于参数δ变化的结论 ,涵顶土压力可用公式σv = γH + Δσv 计算的土压力 计算方法. 文献[ 9 , 10 ] 用 1 ∶25 的相似比在室内制作 了 200 ×200 ×150m 的三维模型 , 碎散体用碎石与河砂作模拟材料 , 研究了涵洞的应力随填土高度变化 的情况 , 其研究结论表明 , 随着填料高度的增加 , 涵 洞拱上的压力增大 , 但并不成线性增加 , 当填方厚度 大于 5 倍涵洞宽度之后 , 涵洞拱上的压力小于自重压力 , 并且证明 , 碎散体沉降在涵洞拱上产生的负摩Ξ 收稿日期 :2004206201 ;修订日期 :2004209228作者简介 :杨锡武 (1963 - ) ,男 ,云南鹤庆人 ,教授 ,博士 ,主要从事路基路面工程教学和科研工作.重 庆 交 通 学 院 学 报第 24 卷56擦力 , 使拱上压力大于碎散体自重应力这一结论的局限性 , 与文献[ 2 ] 所得结论相反 , 三维模型实验还 证明碎散体能够形成压力拱 , 压力拱形状为半椭圆而不是抛物线 , 推导出了碎散体涵洞的半椭圆形压 力拱曲线 , 并以能否形成压力拱为条件 , 提出了划分深埋洞室与浅埋洞室的填土高度 , 即 , 深埋洞室的填 土高度为 :h Ε 2 a/ tg2 (45°- φ/ 2) tgφ能形成全压力拱的浅埋洞室的填土高度为 :h