[发明专利]高填明洞土压力计算方法

说明书

本发明公开了一种高填明洞土压力计算方法，在现有规范计算方法的基础上，充分考虑明洞宽度、截面形式、填土模量、边坡坡角及槽宽比等影响因素，运用数值模拟对各影响因素的变化规律进行系统的分析和研究，通过数学回归方法，提出了高填明洞洞顶竖向土压力和洞周水平土压力系数λ建议计算方法。本发明计算公式与数值模拟计算结果相比误差较小，故本发明计算方法适用于高填明洞土压力计算。

技术领域

本发明属于铁(公)路隧道施工技术领域，特别涉及一种高填明洞土压力计算方法。

背景技术

由于我国现行的铁(公)路隧道设计规范对于高填明洞土压力荷载计算还未明确提供相应计算方法，并且在进行明洞设计过程中，一般均采用荷载-结构模型进行内力计算分析及强度验算。这种计算方法没有考虑边坡、沟槽以及洞宽等几何性质和填料性质对明洞土压力大小的的影响。通过数值模拟研究表明：(1)对于高填明洞洞顶竖向土压力，规范中的土柱法理论仅适用于低填土(h＜5m)的情况，当填土较大时，计算结果与实际情况有偏差，不适合于高填明洞竖向土压力荷载设计，有一定的局限性；(2)对于高填明洞水平土压力，从规范提供的计算方法可知，高填明洞水平土压力的合理计算与其水平土压力系数密切相关。然而，进一步从明洞结构安全性分析可知，在工程允许误差范围内，洞周水平土压力系数越大，对明洞结构受力是有利的，故选择适宜的水平土压力系数对于明洞结构设计较为重要。但是，经数值模拟验证，规范所提供的水平土压力系数计算公式并不完全适用高填明洞水平土压力系数计算的所有情况，计算结果偏大或偏小。综上所述，规范提供的明洞土压力计算方法对于高填明洞土压力设计及施工是不经济的，并且可能会引发明洞结构的次生灾害。

发明内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种高填明洞土压力计算方法，

具体计算公式如下：

(1)高填明洞洞顶竖向土压力计算公式

q＝k₀k₁k₂k₃γh

式中：q－竖向土压力值(kPa)；γ－填土重度(kN/m³)；h－明洞顶部土柱高度(m)；k₀－明洞截面形状影响系数；k₁－填土模量影响系数；k₂－明洞洞宽影响系数；k₃－明洞边坡坡角及槽宽比耦合影响系数；

各影响系数分别如下：

k₀＝1

对于没有沟坡的情况，即取k₃＝1，这时明洞洞顶竖向土压力q＝k₀k₁k₂γh；

式中：B为槽宽(m)，D为明洞宽度(m)，θ为边坡坡角(°)；

(2)高填明洞水平土压力计算公式

e_i＝λ_建议γh_i

其中，λ_建议＝k₀·k₁·k₂·k₃；

式中：e_i－明洞结构上任意点i的水平土压力值(kPa)；h_i－明洞结构上任意点i的土柱高度(m)；

各影响系数分别如下：