涵洞在水利、交通、能源、市政等领域应用广泛。为了建造既经济又安全的涵洞,首先必须确定作用于涵洞上的土压力,国内外已提出多种计算涵洞土压力的公式,不仅各国不统一,国内各部门的规范、规程、准则、手册等所规定或推荐的公式和方法也不一致,涵洞土压力计算方法尤其是沟埋式涵洞土压力计算方法尚不成熟。填土高度较大时不同理论和方法的计算结果相差更大。有限元方法是解决这一复杂问题的有效方法。系统的进行涵洞土压力研究,为设计和施工提供依据,具有很大的经济价值和良好的社会效益。为此,本文用ANSYS软件进行有限元分析,研究不同填土高度、不同边界条件下的涵洞土压力。通过与刚性涵洞对比,研究在土压力作用下涵洞变形对涵洞土压力的影响。主要成果与结论如下:(1)建立能够模拟计算刚性涵洞土压力的有限元模型,用ANSYS的单元生死技术模拟填土过程并研究填土的位移和涵洞土压力,其结果与模型试验结果基本相同,用ANSYS软件计算涵洞土压力技术上可行,结果可靠。刚性箱涵顶部出现竖向应力集中现象,距离箱涵中轴0.4D范围竖直土压力分布较均匀,靠近涵洞边界处竖向填土应力最大。回填土与箱涵顶齐平时,涵洞侧向土压力分部上小下大。上覆土等于一倍洞径时,侧压力分布均匀。上覆土大于二倍洞径时,侧压力分布上大下小,距涵顶D/10处侧压力最大。矩形沟槽宽度B=D时,涵洞垂直土压力系数K随填土高度的增加而单调递减,K<1。B>2D时,K随填土高度的增加呈先增后减的变化趋势,K值约为0.7—1.5。沟槽越窄,侧压力系数越小。沟埋式涵洞侧压力系数在0.38以内,并且随填土高度的增加而减小。(2)通过沟埋式涵洞与上埋式涵洞垂直土压力系数的比较,探讨二者的界限。填土越高,沟埋式涵洞与上埋式涵洞的临界沟宽越大。上埋式涵洞与沟埋式涵洞界限可用公式表示为: y =-0 .0~2 x 2+ 1.04 x+ 2.03,其中x=H/D,y=B/D, y <-0 .02 x~2+ 1.04 x+ 2.03时是沟埋式涵洞。y > -0 .02 x~2+ 1.04 x+ 2.03时是上埋式涵洞,(3)以钢管涵洞为例,通过与刚性涵洞的比较,研究柔性涵洞变形对土压力的影响。结果表明:管土相对刚度系数大于0.4时,圆涵顶部0.35D范围土压力呈上凸。管土相对刚到系数小于0.3时,涵顶0.35D范围土压力分布呈下凹,管土相对刚到系数等于0.3-0.4时,涵顶垂直土压力接近水平分布。距水平中轴0.3D范围的涵洞侧压力随管土相对刚度减小而增加,0.3D范围以外侧压力受涵洞刚度影响不大。管土相对刚度越小,涵洞垂直土压力系数越小,侧压力系数越大。沟槽能够发挥减荷作用。沟槽越窄,减荷作用越大。一定宽度的沟槽减荷作用与填土高度有关,填土越高,减荷作用越大。