刘亚朋,李盛,宁贵霞,卓彬,于本田

• 1:兰州交通大学土木工程学院

摘要(Abstract)：

通过室内试验和ANSYS有限元模拟,研究了沟槽式高填黄土明洞结构受力特性,得到了明洞减载前后周围土压力、位移及外侧应力随填土高度的变化规律。在此基础上,探讨了EPS板密度、厚度、宽度、铺设位置及填土高度等参数对EPS板减载明洞结构内力的影响。结果表明:数值模拟与模型试验表现出一致的规律,即采取EPS板减载后,拱顶、拱底和拱肩土压力减小,拱腰和侧墙土压力增加;明洞侧墙向外变形、拱顶向内变形减小;明洞外侧应力均减小。10 kg/m~3密度的EPS板Mises应变已到硬化阶段,后期已无减载能力,而20 kg/m~3、30 kg/m~3的EPS板应变处于塑性阶段,后期仍有减载空间。EPS板厚度越大,内力减载量越大,减载效果越明显,但厚度大的EPS板Mises应变小,材料未能充分利用;随着EPS板宽度增加,明洞结构内力先增大后减小;当EPS板宽度为1～1.5倍洞宽时,明洞内力减载量达到最优状态;EPS板距明洞顶距离越小,EPS板Mises应变越大,使得明洞衬砌结构内力减载量越大。建议EPS板铺设在洞顶0～1 m范围内。随着填土高度的增加,明洞衬砌结构内力减载量逐渐增大,而其变化率逐渐减小。

关键词(KeyWords)： 高填黄土明洞;减载;EPS板;受力特性;影响因素

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目(51668036);; 甘肃省高等学校科学研究一般项目(2017A-111);; 长江学者和创新团队发展计划项目(IRT_15R29);; 甘肃省高校协同创新科技团队支持计划项目(2017C-08);; 兰州交通大学优秀科研团队项目(201606)

作者(Author): 刘亚朋,李盛,宁贵霞,卓彬,于本田

DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2019.04.022

参考文献(References)：

• [1] 李盛,王起才,马莉,等.黄土地区高填土明洞土拱效应及土压力减载计算[J].岩石力学与工程学报,2014,33(5):1055- 1062.
• [2] 李盛,王起才,马莉,等.高填黄土明洞土拱效应及土压力减载模型分析[J].土木工程学报,2014,47(7):118- 125.
• [3] 李盛,马莉,王起才,等.高填黄土明洞卸载结构土压力模型试验和数值模拟分析[J].岩土工程学报,2016,38(4):636- 642.
• [4] MARSTON A.The theory of external loads on closed conduits in the light of the latest experiments[C]// Highway Research Board.Highway Research Board Proceedings.Washington D C:Transportation Research Board,1930:138- 170.
• [5] LEE H J,ROH H S.The use of recycled tire chips to minimize dynamic earth pressure during compaction of backfill[J].Construction and Building Materials,2007,21(5):1016- 1026.
• [6] VASLESTAD J,JOHANSEN T H,HOLM W.Load reduction on rigid culverts beneath high fills:long-term behavior[R].Washington:Transportation Research Board,1993.
• [7] SUN L,HOPKINS T,BECKHAM T.Stress reduction by ultra-lightweight geofoam for high fill culvert:numerical analysis[C]//ASCE.Proceedings of the 13th Great Lakes Geotechnical and Geoenvironmental Conference.Milwaukee:American Society of Civil Engineers,2005:146- 154.
• [8] DANCYGIER A N,YANKELEVSKY D Z.A soft layer to control soil arching above a buried structure[J].Engineering Structures,1996,18(5):378- 386.
• [9] 陈保国,宋丁豹,王云辉,等.减载式刚性涵洞减载机理与受力特性研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2016,44(4):79- 84.
• [10] 顾安全,郭婷婷,王兴平.高填土涵洞(管)采用EPS板减荷的试验研究[J].岩土工程学报,2005,27(5):500- 504.
• [11] 徐湉源,王明年,于丽.超高填方明洞采用双层衬砌型式的可行性研究[J].铁道标准设计,2017,61(3):108- 112.
• [12] 王明年,徐湉源,于丽,等.考虑基础刚度的新型高填方双层衬砌式明洞的动态力学特性[J].中国铁道科学,2017,38(1):68- 76.
• [13] 窦远明,王建宁,朱旭曦,等.软弱土质类相似材料的配比试验结果分析[J].水利水电技术,2017,48(5):128- 135.
• [14] 顾安全,吕镇锋,姜峰林,等.高填土盖板涵 EPS 板减荷试验及设计方法[J].岩土工程学报,2009,31(10):1481- 1486.