随着经济的高速发展,涵洞广泛应用于水利、公路、铁路等工程,占用工程投资相对较多,且工程量大,其安全运行的重要性日益突出。有文献表明,由于缺乏合理的垂直土压力计算理论,涵洞在运营中常出现各种病害。尤其是沟埋式涵洞,虽然计算公式很多,但都存在一定的局限性;现有理论对软基涵洞的研究也比较少,甚至有些工程在软土地基上修筑涵洞时用桩基础处理,导致涵洞更容易出现裂缝甚至破坏。本文以室内模型试验为基础,结合有限元数值模拟,对上埋式和沟埋式涵洞土压力的计算进行了系统、深入的研究。本论文所作的研究工作和得出的主要成果如下:(1)本文以刚性地基、砂性填土条件下刚性涵洞为研究对象,进行了一系列的室内模型试验。一方面通过观测埋设于土体中的标志在分层填筑的砂性土自重作用下的沉降位移,得到了不同填土高度下矩形断面和梯形断面中填土的沉降位移等值线图;另一方面通过电测埋设于涵洞附近的压力盒的变形间接获得方形涵洞洞顶垂直土压力系数K_s与沟槽底宽B和开挖坡度m的关系。通过分析比较,矩形沟槽涵洞B/D=1时,涵洞土压力系数随填土高度的增加而单调减小,B/D≥2时,土压力系数随填土高度先增后减,填土高度相同时,土压力系数随槽宽的增加而增大;梯形沟槽涵洞垂直土压力系数随填土高度的增加先增后减,填土高度相同时,土压力系数随沟坡的变缓而变大。(2)利用大型通用有限元分析程序ANSYS,选用试验参数,对室内模型试验进行模拟,得到洞顶垂直土压力系数及填土位移场,与试验结果对比,验证了采用该程序模拟涵洞土压力的可靠性。另外,本文还利用ANSYS模拟了矩形断面沟埋式涵洞填土的应力场,结果表明:洞顶垂直土压力呈中间小、两边大的分布,洞顶平面两侧土体呈中间大、两边小的土压力分布,涵洞的存在对土压力场的影响高度随着开槽宽度的增大而增大。(3)在模拟刚性地基、刚性涵洞的基础上将模拟范围进行拓展,通过增加地基单元系统全面地分析了软基涵洞的受力性状,得到了不同边界条件下洞顶垂直土压力系数K_s与地基填土弹模比E_d/E_t之间的关系。结果表明涵洞的垂直土压力与地基刚度有关系:矩形沟槽B/D=1时,在整个填土高度范围内,地基弹性模量越小,洞顶土压力系数越大;B/D≥1.5时,填土高度较小时,地基弹性模量越小,洞顶垂直土压力系数越小,填土高度达到一定值时,地基弹性模量越小,洞顶垂直土压力系数越大;上埋式涵洞在整个填土高度范围内,地基弹性模量越小,洞顶垂直土压力系数越小。本文的研究工作,尤其是使用有限元方法模拟软基涵洞的部分,是对解决地下工程问题的一次尝试,对涵洞工程的地基加固、管道截面优化和减荷措施研究具有重要的意义,但是还需要实践的检验。