地下管涵管土相互作用规律研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:wjran2008
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地下管涵在日常生产生活中起着重要作用,小到自来水管、污水管,大到输油管线、过水桥涵,其重要性不言而喻,但在运行过程中常出现不同程度的破坏。由于地下管涵属于隐蔽工程,不易检查维修,这就对地下管涵设计提出很高的要求。为得到既经济又安全的管道设计方案,较为准确的确定作用于管道上的荷载尤为重要,而土压力是作用于管涵上的主要荷载,理论研究尚少,相关规范亦未给出精确的计算方法。本文对国内外管涵土压力的研究现状以及管涵土压力的影响因素进行了总结与分析。本文针对直槽沟埋式刚性管道,建立了直线滑移面土压力计算模型,基于双剪统一强度理论,推导出了新的土压力计算公式。与传统的土压力计算方法相比较,新的土压力计算方法可以考虑中间主应力对管道土压力的影响,土压力理论计算值更为接近管道的实际受力情况。采用有限元计算软件Midas/GTS对刚性管道进行了数值分析,通过设立接触单元模拟填土与管道及沟槽之间相对错动,揭示了管道埋深、管沟槽宽、沟槽坡度等对管道土压力及管周填土应力、位移场的影响规律。研究表明:①古德曼接触面单元摩擦角及黏聚力参数的设置对数值模拟结果影响很小;②沟填式管道填土存在等沉层,等沉层的高度受埋深和开槽宽度的综合影响;③埋深较槽宽对刚性沟填式管道管顶土压力影响更大。土压力系数随开槽宽度的增加而增加,而后趋于一个稳定值,其增长速度及最终数值受埋深的影响;④填土水平位移受到开槽宽度的影响,在开槽较小时管顶(底)两侧45°左右出现水平最大位移;⑤管侧水平土压力分布呈现马鞍形分布;⑥管顶(底)有明显的应力集中现象,垫层的设置可使管底填土应力分布趋于均匀,减小应力集中程度;⑦管沟支撑角随开槽宽度的增大而加大;⑧刚性管道管顶法向应力较管侧法向应力要大,说明刚性管道主要靠其自承力承担外荷载;⑨放坡开槽不仅会增加土方量,而且将增大管顶土压力值。
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