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斜坡中的排水系统一直是城市排水系统的薄弱环节之一,主要是因为斜坡在内外营力的作用下,很容易出现变形。而斜坡一旦发生变形,埋设于其中的排水系统又不能适应改变形,则排水系统势必将发生破坏,影响到斜坡的稳定,斜坡一旦失稳破坏将给生产生活造成严重的影响。而目前排水系统设计方法是先确定管材,再通过流量计算和水力计算来确定管径、坡度、流速等,这样的思路设计的排水系统不能很好地适应斜坡变形。若能根据斜坡的变形量来选择管材,再进行流量和水力计算,这样设计出的排水系统具有一定的变形伺服能力,能较好的满足斜坡变形的需要。为达到此目的,首先应清楚斜坡变形中管土相互作用的机理。本文结合了斜坡变形特点和管道的连接方式,对管土相互作用机理进行了探讨。
在分析管土作用机理时,由于管道的细长性,使管道在纵向和横向上的受力不同,且管道在纵向和横向上材料表现出来的特性也不一样。因此,本文分纵向和横向两个方面分析了管道的受力变形。在纵向上,按斜坡的变形方式分为了牵引式和推移式两种,按管道的连接方式分为了管井连接、管管连接和一端管井连接另一端为管管连接三种,管井连接又分为固接和铰接两种,对它们进行组合,建立了不同的模型,分别进行受力和变形推导。在横向上,管道受到来自上覆土压、侧向滑坡推力和管基反力三种荷载作用,文中将作用在管环周围的三种荷载进行分别推导,最后根据线形理论将各自结果进行叠加,从而获得管环上的受力和变形。
结合一定的工程实际进行的算例分析,获得了在不同模型下,管道的受力变形变化特点。利用大型有限元软件ANSYS对其中的几种模型进行了有限元数值模拟分析,验证了算例分析的结果,进一步验证了理论推导的正确性。
通过前面的理论实践分析,得出了管土的作用机理,为斜坡变形体中的排水系统设计改进提供了理论基础。