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埋地钢质波纹管土的拱效应研究

作　者: 张二韶
导　师: 顾致平；李祝龙
学　校: 西安工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 波纹管测试切向应变轴向应变有限元模拟
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

土拱是土体不均匀变形过程中逐渐形成的荷载传递形式,对岩土工程中应力场和位移场的变化和发展过程产生着重要影响。土拱效应及与之相关的土压力计算问题长期以来为工程界所关注,特别是20世纪以来,有关土拱效应的实测数据、模型试验和理论研究的成果逐渐增多,并开始应用于实际工程中,且取得了较好的效果。但同时可以看出,迄今为止,有关土拱效应的理论研究还不成熟,人们对土拱效应的理解还不够深入,在计算方法上仍存在着一些值得探讨的问题,因此开展这方面的研究工作变得非常有必要。本论文针对目前关于土拱效应理论的研究现状,在前人研究工作的基础上,对埋地钢质波纹管涵洞体系中的土拱效应进行了较为深入的研究,取得的主要研究成果包括：1.从理论方面讨论了埋地钢质波纹管涵洞的土体成拱机理。全面汇总了土拱的基本概念、形成机理、分类、存在条件、土拱拱脚存在形式以及土拱效应的影响因素；给出了土拱的破坏类型；详细地分析了水平土拱与竖向土拱形成机理与过程；并在前人的基础上,提出了关于土拱拱脚存在形式及拱脚处持力结构的新见解；进一步完善了土拱存在条件理论。2.进行了应变仪测试和压力盒测试实验。对现有施工工程,进行野外跟踪测试,得出了波纹管涵洞在施工填土过程中的切向应变和轴向应变的变化规律,根据试验总结出在填土过程中波纹管涵洞管顶竖向土压力的变化规律,即土拱效应的变化规律。3.结合土体成拱效应的数值模拟研究成果,利用有限元分析软件,详细研究了埋地钢质波纹管涵洞在施工填土过程中的土体成拱效应的变化规律。4.结合现场测试和有限元模拟,对埋地钢质波纹管涵洞土的拱效应理论进行了客观总结。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 问题的提出  8
  1.2 土拱效应的研究现状  8-12
    1.2.1 土拱效应的发现及土拱存在和形成的条件  9
    1.2.2 土拱的形状  9
    1.2.3 大小主应力拱理论  9-11
    1.2.4 颗粒物质理论在研究土拱效应中的应用  11-12
    1.2.5 土拱效应近年来的工程应用  12
  1.3 技术路线和方法  12-14
2 钢质波纹管涵洞土拱效应分析的基本理论  14-22
  2.1 土拱效应理论  14-16
    2.1.1 土拱的基本概念  14
    2.1.2 土拱的形成机理  14-15
    2.1.3 土拱拱脚的存在形式  15
    2.1.4 土拱的破坏模型  15-16
  2.2 钢质波纹管涵洞的土拱效应理论  16-22
    2.2.1 钢质波纹管涵洞的土拱效应理论的基本假设  16
    2.2.2 钢质波纹管涵洞的土拱的形成条件  16
    2.2.3 钢质波纹管涵洞的土拱的破坏形式  16-17
    2.2.4 钢质波纹管涵洞的土拱的影响因素  17
    2.2.5 钢质波纹管涵洞的土拱效应的计算公式理论推导  17-22
3 钢质波纹管涵洞现场试验测试  22-34
  3.1 应变测试  22-27
    3.1.1 测试原理  22-25
    3.1.2 测试概况、目的及内容  25-26
    3.1.3 测试方案  26-27
    3.1.4 测试工况  27
  3.2 竖向土压力测试  27-34
    3.2.1 工程简介  27-29
    3.2.2 测试目的及内容  29
    3.2.3 依据的原理  29-30
    3.2.4 测试方案  30-34
4 钢质波纹管涵洞测试结果分析  34-42
  4.1 应变测试结果分析  34-38
    4.1.1 填土高度对波纹管受力的影响  34-36
    4.1.2 同层填土波纹管在不同测点的应变变化规律  36-38
    4.1.3 测试结果分析  38
  4.2 土压力测试成果汇总和分析  38-42
    4.2.1 土压力测试结果  38-40
    4.2.2 波纹管涵顶竖向土压力系数kv计算结果  40-41
    4.2.3 施工方法对测试结果的影响  41
    4.2.4 测试结果分析  41-42
5 钢质波纹管涵洞有限元分析  42-58
  5.1 有限元分析的基本理论  42-45
    5.1.1 有限元分析法简介  42
    5.1.2 有限元分析法的基本原理  42-43
    5.1.3 ANSYS有限元分析软件  43-45
  5.2 有限元程序模拟分析  45-48
    5.2.1 计算参数  45
    5.2.2 计算过程  45-48
  5.3 模拟分析  48-58
    5.3.1 波纹管应变模拟与实测值对比  48-56
    5.3.2 波纹管竖向土压力模拟  56-58
6 结论和展望  58-62
  6.1 主要结论与推广  58-60
    6.1.1 应变测试结论  58-59
    6.1.2 压力盒测试结论  59
    6.1.3 试验与模拟的结合与对比  59
    6.1.4 拱效应理论的推广  59-60
  6.2 展望  60-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间发表的论文  64-65
致谢  65-67

埋地钢质波纹管土的拱效应研究

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