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交通荷载作用下检查井沉降的理论及其数值模拟与试验研究

作　者: 杜健
导　师: 金贤玉
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 交通荷载检查井沉降振动方程二维平面应变模型回填土
分类号: TU99
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

检查井是城市管道工程的重要附属构筑物。随着我国经济社会的发展和城市化程度的提高,各类市政公用管道越来越多,城市道路中所设的各类检查井也随之增多,其中有相当数量的检查井位于城市主干路、次干路或支路的范围内。在交通荷载的反复作用下,检查井普遍存在沉降严重的问题,严重影响了行车安全和城市美观,给国家造成不必要的经济损失。施工人员从施工角度总结出检查井沉降的原因主要是检查井周围回填土质量达不到要求,造成道路通车后检查井及其周围路面很快出现比较大的沉降。本文首先借鉴桩的纵向振动理论,建立了粘弹性地基中交通荷载作用下检查井的纵向振动方程,应用拉普拉斯(Laplace)和傅立叶(Fourier)逆变换等数学方法,得到了检查井沉降的半解析解和理论沉降曲线,分析了井侧土体参数和检查井埋深对检查井沉降的影响。其次,利用通用有限元软件ANSYS,建立了交通荷载作用下检查井沉降的二维平面应变模型,分析了路面、回填土、检查井材料和哈腹板对检查井沉降的影响,并对井周回填土提出弹性模量指标要求,以使检查井计算最终沉降满足规范要求。最后,通过做室内回填土材料试验,在满足本文所提出的指标前提下,考虑经济成本和施工的方便性,推荐了两种回填土材料,并给出了相应的施工方法,以便指导实际施工。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目次  7-10
1 绪论  10-24
  1.1 研究背景及意义  10-14
    1.1.1 城市道路中检查井沉降问题的提出  10
    1.1.2 城市道路中检查井沉降问题的危害  10
    1.1.3 城市道路中检查井沉降问题的调查  10-14
  1.2 检查井沉降原因分析及研究目标  14-16
  1.3 研究现状  16-22
    1.3.1 桩纵向振动理论  16-18
    1.3.2 桩土间的动力相互作用  18-20
    1.3.3 土的最大剪切模量  20-22
  1.4 本文的主要研究内容  22-24
2 交通荷载作用下检查井纵向振动分析  24-38
  2.1 交通荷载模型  24-26
    2.1.1 交通荷载的特点  24-25
    2.1.2 交通荷载的模拟  25-26
  2.2 定解问题的建立  26-28
  2.3 定解问题的求解  28-33
    2.3.1 第一段检查井的求解  28-30
    2.3.2 第二段检查井的求解  30-33
  2.4 检查井沉降曲线分析  33-35
    2.4.1 参数赋值  33-34
    2.4.2 检查井沉降曲线  34-35
  2.5 检查井沉降影响因素分析  35-36
    2.5.1 井侧土体弹性系数的影响  35
    2.5.2 井侧土体粘性系数的影响  35-36
    2.5.3 检查井埋深的影响  36
  2.6 小结  36-38
3 交通荷载作用下检查井沉降的数值模拟研究  38-52
  3.1 有限元法概述  38-39
  3.2 有限元法的分析过程  39-41
  3.3 ANSYS功能简介  41-42
  3.4 有限元分析在检查井沉降过程的几个问题  42-44
    3.4.1 交通荷载模型  42
    3.4.2 接触问题  42-43
    3.4.3 本构关系问题  43-44
    3.4.4 大变形问题  44
  3.5 检查井沉降的二维平面应变有限元分析  44-50
    3.5.1 基本假定和计算简图  44-45
    3.5.2 影响检查井沉降的参数分析  45-48
    3.5.3 工程实例  48-49
    3.5.4 检查井沉降稳定时间分析  49-50
  3.6 检查井沉降的理论分析与数值模拟分析比较  50-51
    3.6.1 检查井绝对沉降与相对沉降  50
    3.6.2 检查井沉降的理论分析与数值模拟分析比较  50-51
  3.7 小结  51-52
4 室内回填土材料试验  52-68
  4.1 试验目的  52
  4.2 回填土材料为砂、级配砂石的压缩模量试验  52-57
    4.2.1 试验方案  52-53
    4.2.2 试验数据处理  53-57
  4.3 回填土材料为塘渣、粉土、粉质粘土和粘土的压缩模量试验  57-61
    4.3.1 塘渣试验  58
    4.3.2 粉土、粉质粘土和粘土试验  58-61
  4.4 压缩模量值与弹性模量值换算  61-64
    4.4.1 理论推导  61-63
    4.4.2 砂和级配砂石的压缩模量值与弹性模量值换算  63
    4.4.3 塘渣的压缩模量值与弹性模量值换算  63
    4.4.4 粉土、粉质粘土和粘土的压缩模量值与弹性模量值换算  63-64
  4.5 回填土边界土质情况变化时的讨论  64-65
  4.6 沟槽放坡角度变化时的讨论  65-66
  4.7 小结  66-68
5 结论与展望  68-71
  5.1 本文的主要研究成果  68-69
  5.2 进一步工作的展望  69-71
参考文献  71-76
作者简历在读期间所取得的科研成果  76

交通荷载作用下检查井沉降的理论及其数值模拟与试验研究

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