沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力影响研究

作者：冯忠居; 王思琦^*; 王溪清; 王泽国; 潘放; 成圆梦; 李军

来源：岩土力学, 2023, 44(01): 119-143.

DOI：10.16285/j.rsm.2022.0297

• 高填方拱涵
• 沟谷宽度
• 沟谷坡度
• 涵周土压力
• 受荷机制

沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂，不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响，采用离心模型试验与数值模拟方法，建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型，分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数Ks的分布规律，并与最新涵洞设计规范进行了对比，阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明：（1）沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数Ks影响显著，沟谷宽度B为4D～6D,D为拱涵的净跨径，涵顶土压力集中系数Ks增幅较大；（2）沟谷宽度B小于4D时，可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用；（3）沟谷坡度α在45°～60°时，涵顶土压力及其Ks变化最显著；（4）填土高度为20m,α>70°时，Ks≤1。填土高度为40m,α>50°时，Ks≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的Ks与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异，当α=45°时，沟谷宽度B较小时，规范的涵顶土压力集中系数Ks较为保守；（6）沟谷地形下高填方拱涵Ks与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中，并引起压密区周边土体的竖向土压力呈拱形分布。在接近地表一定深度处，拱形分布逐渐向水平分布过渡，从而形成等压面。等压面上部荷载将分散于沟谷坡体，故可发挥沟谷地形的卸荷效应。

• 单位
  公路学院; 长安大学; 广东省高速公路有限公司