[发明专利]高填方涵洞涵顶垂直土压力计算方法

说明书

本发明的高填方涵洞涵顶垂直土压力计算方法，综合考虑了填土高度、跨径、地形条件、地基模量、减荷措施等因素的影响，解决了现有规范中没有考虑涵洞结构、填土介质、地形条件及地基的共同作用等因素致使设计计算结果与涵洞实际受力相差较大，避免了因设计过于保守造成的材料浪费及设计荷载不足导致的涵洞结构安全隐患，在保证涵洞结构安全性的前提下，直接和间接经济效益明显。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及高填方涵洞涵顶垂直土压力计算方法。适用于涵洞以及其他各种上埋式、沟埋式构筑物，诸如用于圆管涵，拱涵，盖板涵，箱涵,尾矿坝(库)下的排洪洞，土石坝下的廊道、泄水洞，填埋式地下变电站、各类地下通道等。

背景技术

涵洞广泛应用于交通、水利及市政工程等基础设施领域，其作用是宣泄底面水流(小溪或小河流)，或便于人、畜和车辆通行而设置的横穿路基的构造物。

在高速公路建设中尤其在我国山区高速公路建设中高填方涵洞的应用非常普遍。高填方涵洞由于涵顶上覆填土高度大加之涵洞-填土-地基受力体系的复杂性使涵顶实际垂直土压力计算难以准确计算。一方面，地基、地形和施工工艺等现场条件对涵顶垂直土压力影响较大，若在涵洞周边存在边坡则可以分担一部分涵顶填土荷载减少涵顶所受垂直土压力；另一方面，当高填方涵洞地基土条件较差时，为防止地基承载力不足造成较大沉降量过大或不均匀沉降，设计及施工人员通常增加基础尺寸，甚至采用管桩处理形式进一步加大地基土刚度从而增大涵顶实际垂直土压力；此外，由于高填方涵洞实际上覆垂直土压力较大，往往采取减荷措施，其中EPS板的运用较为广泛。由于EPS板材料性质与填土、涵洞及地基土受力性质完全不同致使涵顶垂直土压力的计算更加复杂。据统计，目前国内外已有数十种涵顶垂直土压力计算方法，但不同计算方法由于理论假设不同或缺乏理论支撑等原因使涵顶垂直土压力计算结果存在较大出入，使设计及施工人员难以选择。综上，涵顶垂直土压力的计算方法直接影响涵洞结构的设计、施工及安全，严重时，将直接影响到高速公路的正常运营。

因此，研究一种能够综合考虑各种影响因素的涵顶垂直土压力的计算方法，以期得到更加符合实际的涵顶垂直土压力值，对于保障涵洞结构的正常使用及高速公路的安全发展起到至关重要现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种高填方涵洞顶垂直土压力计算方法。其综合考虑结构形式、填土高度、跨径尺寸、地基土模量、沟谷宽度、EPS厚度等各种因素，提出各种影响因素下高填方涵洞垂直土压力计算公式，并通过计算得到各种因素的影响系数以及垂直土压力集中系数K_s参考值，其计算结果较现行的方法更接近实际；本发明旨在使涵顶垂直土压力计算更加符合工程实际，从而达到改善涵洞结构受力状态，适当减小结构尺寸，配筋数量及材料强度以达到安全可靠、经济合理的目标。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的高填方涵洞顶垂直土压力计算方法，包括以下步骤：

步骤一：建立涵洞离心模型和涵洞数值仿真模型；涵洞离心模型和涵洞数值仿真模型涉及的参数包括：综合影响因子C，填土高度H，跨径D，沟谷宽度B，沟谷坡度α，EPS厚度H_EPS，影响因素系数b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆；

步骤二：将涵洞离心模型放入离心机内进行离心模型试验，将涵洞数值仿真模型利用有限元分析软件进行数值仿真实验，分别得到综合影响因子C，填土高度H，跨径D，沟谷宽度B，沟谷坡度α，EPS厚度H_EPS与涵洞涵顶垂直土压力的关系为正相关还是负相关；

步骤三：根据步骤二中得到的各个参数与涵洞涵顶垂直土压力的关系，计算涵洞涵顶垂直土压力，采用的公式为：