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1、附表 4河南工程学院本科毕业设计（论文）开题报告课题名称 图珲公路高填方涵洞竖向土压力研究课题来源 科研项目 指导教师 王雯璐 职称 讲师学生姓名 陈秋桥 学号 201210409118 专业/班级 资源勘查工程一、 研究的背景、目的和意义我国是一个多山的国家，在山区和丘陵地区修建高等级公路，有很多高填深挖路基，在高填方地段公路排水就需要建造高填方涵洞，而且在跨越沟谷的高架桥和隧道地段，也可以采用高路基替代高架桥，不仅可以降低工程造价，还可以充分利用开挖隧道的土石。我国现行的公路桥涵设计通用规范用土柱法计算涵洞的设计荷载，未考虑拱效应对土压力的影响，使得设计值过于安全，涵洞结构偏于保守而不经济
2、。有些设计者类比隧道，采用自然平衡拱理论来计算涵顶土压力，使得涵洞出现涵身横纵向裂缝和基础不均匀沉降等病害，减少涵洞使用寿命，影响施工质量和高速公路的运营。因此，分析高填方涵洞竖向土压力的分布规律很有必要。二、国内外文献综述欧美发达国家为了保护自然山体的完美和沿线优美的风光，关于高填方涵洞的试验研究资料比较罕见，更常见的是低填土条件的涵洞或明涵的结构与受力。俄罗斯土压力计算更多集中在水利水电工程的地下排水涵管上，并未对既考虑结构的受力与安全又考虑对路面影响的公路高填方涵洞作出分析介绍。在国内杨锡武根据模型试验和数据模拟计算，找出了高填方涵洞土压力随填土高度成非线性变化以及高填方涵洞上方拱效应具
3、有不稳定性的规律，并提出了反应高填方涵洞的土压力非线性增加及拱效应具有不稳定的非线性土压力计算方法。顾安全从变形条件出发，以弹性理论为基础推出了上埋式管道土压力公式，其公式观点新颖，且与近几年来所测现场资料较符合，已成为某些部门制定规范的理论依据。太沙基理论假定涵洞的回填土为散体，有一定的内聚力，用这一理论计算土压力的方法考虑了土体应力的传递效应，也考虑了地表车辆荷载的影响，与工程实际相对贴近，然而由于涵顶填土和其周围填土的沉降是非等值沉降的，这种应力传递的效果是不稳定的。土柱法假设涵管不改变土体的极限应力状态，并把问题看作静力平面问题，作用在涵管顶部的垂直压力的合力等于涵管上面土体的重量。该
4、方法被我国交通部颁发的公路桥涵设计手册和公路桥涵设计通用规范采用，并一直沿用。此方法忽视了涵洞刚度与两侧填土刚度的差异、沟槽边界条件的存在和由此引起的涵洞土压力应力集中现象，在填土高度小的情况下，涵洞结构设计上的安全度常常可以弥补由于计算土压力值偏小的危害，但遇到填方较高的情况，涵洞破坏就不可避免了。“卸荷拱”法是以普氏（普罗托吉雅科夫）卸荷拱理论为基础的。根据普氏卸荷拱理论及涵顶填料的性质，当涵洞埋置较深时，由沉降产生的滑动面不可能贯穿埋填土体的整个厚度，而是到达一定高度后彼此连接，在涵管上方也将形成一个封闭区，在封闭区上方形成自然卸荷拱。作用于涵洞上的垂直土压力等于破坏区（卸荷拱内的区域）
5、所包括的土体重量，其垂直土压力数值小于涵洞顶部土柱的重量。卸荷拱理论是隧道、矿山坑道支护设计与受力分析采用的基本理论。这些地下洞室能采用卸荷拱理论的基本原理在于这些地下硐室的开挖是一个卸载过程（先有岩土后有洞室）。对于高填方涵洞，是先有洞室空间然后加载回填，是通过加载形成岩土体的过程，其受力与空间形成过程与隧道相反。在涵洞周围填土已被压实的条件下，通过涵洞的下沉位移来形成拱效应对于涵洞结构的安全是很不利的，另外，拱效应的形成与洞室上方岩土高度和强度有关，隧道的介质为天然岩体，而涵洞上方的介质为人工回填的松散土体，这使得高填方涵洞的拱效应形成条件与影响因素增多，即使在高填方涵洞上方产生卸荷拱，其
6、卸荷拱的稳定性亦与隧道上方的卸荷拱明显不同。若采用隧道的卸荷拱理论进行高填方涵洞的荷载计算，有可能过低估计了涵洞上方的土压力，使涵洞的结构不安全，当填土较高，跨径较大时尤其如此。三、研究的主要内容和拟采用的研究方法研究内容：1.土压力盒测量不同填土高度的涵顶竖向土压力和涵台外侧竖向土压力。2.分析不同填土高度下竖向土压力的变化规律。3.按照公路桥涵设计通用规范计算竖向土压力，比较并分析计算值与实测值的误差，为高填方涵洞设计提供依据。研究方法：现场试验：在涵洞顶部和涵台外侧埋设土压力盒测量土压力。四、研究进度安排1.2015/12-2016/3：搜集相关高填方涵洞竖向土压力资料并分析。2.201
7、6/3-2016/4: 设计出一种综合性较好，实际应用性强的测点布设方法。3.2016/4-2016/5：对试验数据进行分析和处理，完成毕业论文。五、主要参考文献1 王雯璐，赵江鹏，赵大军，王磊.图珲高速公路高填方涵洞涵顶竖向土压力试验J.广西大学学报（自然科学版），2013,38（6）：1272-1276.2 王雯璐，赵江鹏，赵大军，王磊.图珲公路高填方涵洞竖向荷载分布试验研究J. 地下空间与工程学报，2014,10（4）：794-798.3 郑俊杰，赵建斌，陈保国.高路堤下涵洞垂直土压力研究J. 岩土工程学报，2009,31（7 ）：1009-1013.4 谭永波. 高填方涵洞结构的优化研
8、究D.吉林大学，2007.5 王志鹏. 高填方涵洞竖向荷载分布的试验研究D.吉林大学,2009.6 顾安全. 上埋式管道及洞室垂直土压力的研究J.岩土工程学报，1981,3（1）：3-15.7 杨锡武，张永兴.公路高填方涵洞土压力变化规律及计算方法研究J. 土木工程学报，2005,38（9）：119-124.8 中交公路规划设计院.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范S.北京：人民交通出版社，2004.9 赵建斌. 高填方路堤下涵洞垂直土压力研究D.武汉：华中科技大学土木工程与力学学院，2008.10 严东方，林从谋.上埋式涵洞顶部垂直土压力计算方法探讨J.地下空间与工程学报，200
9、7,3（2）：245-247,251.11 杨锡武，张永兴.山区公路高填方涵洞的成拱效应及土压力计算理论研究J.岩石力学与工程学报，2005,24（21 ）：3887-3893.12 冯居中，冯忠居，张新占 .涵洞土压力与填土沉降关系分析J.内蒙古公路与运输，2003，（ 73）：21-23.13 杨锡武.山区公路高填方涵洞土压力计算理论研究综述J，重庆交通学院学报，2005，24 （4）：55-61.14 BENNETT R M，WOOD S M.Vertical loads on concrete box culverts under high embankments J. Journal of Bridge Engineering，2005，10（6）：643-649.15 DASGUPTA A，SENGUPTA B. Large-scale model test on square box culvert backfilled with sand J. Journal of Geotechnical Engineering，1991，117（1）：156-161.指导教师意见：指导教师签字: 年 月 日 院（部）领导审核意见：学院负责人签字： 学院盖章：年 月 日课题来源：1.科 (教) 研项目；2.实验；3.生产实习；4.工程实践；5.社会调查；6.其它
