几种关于高填方涵洞涵顶土压力计算方法的探讨

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高填方下卵形拱涵的土压力分析与结构内力计算

收稿日期:2008201217作者简介:黄　豪(19592),男,江苏启东人,讲师,研究方向为固体力学和工程结构分析,huangh @w hust .edu .cn 。

高填方下卵形拱涵的土压力分析与结构内力计算黄　豪1,　赵雷鸣2,　邹志强2,　邓　琦2,　林说平2(1.武汉理工大学　交通学院,湖北　武汉　430063;2.江西省公路管理局,江西　南昌　330046)摘　要:卵形拱涵具有良好的抗压性,适合应用在高填方下承受巨大的土压力。

高填方下土柱压力是决定结构断面尺寸的控制因素,但目前仍然没有一个统一的计算理论和方法,这给涵洞的结构设计带来困难。

本文结合某高速公路实际建造的卵形拱涵,利用AN SYS 的生死单元功能,对涵洞土体的分层回填施工过程进行数值模拟,分析了卵形拱涵的垂直土压力分布规律,得到的垂直土压力集中系数值远小于圆形拱涵和箱形涵的土压力集中系数。

按照现行的公路规范进行结构设计很保守,本文结论对高填方下涵洞设计具有很好的参考价值。

关键词:卵形拱涵;　土压力集中系数;　内力计算中图分类号:U 449.84 文献标识码:A 文章编号:167227037(2008)022******* 在山区高速公路建设中,由于道路线形的要求,填土高度比较大,一般在10～20m 左右,有的甚至高达30m 以上。

在高填方下涵洞主要承受恒载土压力,垂直土压力是决定结构断面尺寸的控制因素。

由于卵形结构具有良好的抗压性,采用卵形拱涵可以节约大量混凝土材料[1]。

在进行卵形涵洞结构设计时,需要进行土柱压力的计算。

由于土的力学性能比较复杂,目前仍然没有统一的理论和计算方法[2]。

大量的理论分析和实验研究表明,由于涵洞结构物的存在,在涵洞上方垂直土压力有一个集中系数,其值在1.2～2.0左右,但受到地基、填土、涵洞结构物形状和填土高度等多种因素的影响,无法给出其准确值[3,4]。

为了给涵洞结构设计提供正确的土压力,结合某高速公路建设实际,应用有限元分析程序对卵形拱涵的土压力进行数值分析,并按照公路规范进行结构设计的内力计算。

土压力计算公式范文

土压力计算公式范文
土压力是指由于土体外力作用，并且通过土体颗粒间的相互作用而产生的土体对结构物或者其他土体的反作用力。

土压力分为土侧土压力和土负土压力两部分，根据土体的力学性质和应变状态的不同，可以使用不同的公式进行计算。

1.土侧土压力计算公式：
在考虑土壤的重力和弹性变形的情况下，土侧土压力的计算公式为：P=K*H*γ
其中，P为土侧土压力，K为土体的活动系数，H为土体深度，γ为土体的单位重量。

土体的活动系数K由土体的内摩擦角或者侧限移动比来确定，常用的土体的活动系数值表如下：
土体类型K取值范围
粉砂土0.45-0.60
中粉土0.35-0.45
软黏土0.30-0.35
中黏土0.25-0.30
略黏土0.20-0.25
砾土0.20-0.25
砂砾土0.15-0.20
2.土负土压力计算公式：
当考虑土体的可靠抗剪强度和土体侧限变形时，土负土压力的计算公
式为：
Pn = K * H * γ + c' * lf
其中，Pn为土负土压力，K为土体的活动系数，H为土体深度，γ为
土体的单位重量，c'为土体的有效抗剪强度，lf为土体侧限移动的长度。

土体的有效抗剪强度c'可以通过现场采样和实验室试验来确定，lf
可以根据土体侧限的边坡坡度来确定。

以上是土压力的计算公式范文，对于不同的土体和工程环境，公式中
的参数值可能有所不同，需要结合具体情况进行计算。

同时，在进行土压
力计算时，还需要考虑土体的破坏状态、工程结构的稳定性以及其他因素，以确保计算结果的准确性和可靠性。

希望本文对您有帮助。

《土力学》教程 6 土压力计算

《土力学》教程 6 土压力计算
在土力学中，土压力是指土壤对结构或者潜孔壁的压力。

它的计算在工程设计和施工过程中非常重要。

下面是关于土压力计算的几个重要方面：
1. 土压力类型：
根据土体排列方向，土压力可分为垂直于墙面的压力（横向土压力）和平行于墙面的压力（竖向土压力）。

2. 土体受力情况：
土壤对墙面的压力主要是由于土壤重力和土壤内部摩擦力等因素引起的。

如果土壤是干燥的，那么对墙面的压力就主要受到土重力作用。

如果土壤是湿润的，则需要考虑土壤内部摩擦力对墙面的影响。

3. 土体参数的确定：
在计算土压力时需要先确定土壤的内部摩擦角和土壤的内摩擦系数。

这些参数通常可以通过计算土壤试验或者实验室试验来确定。

4. 土压力的计算公式：
在计算垂直于墙面的压力（横向土压力）时，可以使用库伦(Coulomb)公式：
P = KaγH^2/2
其中，“P”表示土压力，“Ka”表示土体活动系数，“γ”表示土体单位重量，“H”表示土体高度。

在计算平行于墙面的压力（竖向土压力）时，可以使用排土曲线法或者排土公式来计算。

排土公式中主要包括：卡苏戈(Katsugo)公式，里米曼(Remmingan)公式等。

以上就是土压力计算的一些重要方面，通过正确使用公式和参数可以实现更准确的土压力计算，在土木工程中确保结构和基础的稳定性和可靠性。

土压力计算公式范文

土压力计算公式范文
一、Coulomb公式
Coulomb公式是土壤力学中最早的计算土压力的公式之一，适用于粘
性土的计算。

公式为：
σ=γH+K×σv
其中，σ为土体的有效应力，γ为土壤体重密度，H为土体高度，K
为土壤侧向压缩系数，σv为垂直应力。

特点：Coulomb公式适用于深度较小的情况，对深度较大的土体压力
计算会偏大，适用范围较窄。

二、柯西公式
柯西公式是由柯西提出的一种计算土压力的方法，适用于含有弹性粘
聚力的松散土壤。

公式为：
σz=γH+K×σv
其中，σz为土体在z深度处的垂直有效应力，γ为土壤饱和体重密度，H为土体高度，K为土壤侧向压缩系数，σv为z深度处的垂直应力。

特点：柯西公式适用于弹性变形的土壤，精确度较高，适用范围较广。

三、拉瓦尔公式
拉瓦尔公式是用于计算活动水平不平稳、土的含水量较高的土体的压力。

公式为：
σ=1/2×γH×[1-(1-2K)×(γw/γ)]+(γw/γ)×σv
其中，σ为土体的总应力，γ为土壤饱和体重密度，H为土体高度，K为土壤侧向压缩系数，γw为水重密度，σv为垂直应力。

特点：拉瓦尔公式适用于含水量较高的土体，对不稳定土质的计算具
有较好的效果。

以上是土压力计算的三种常用公式，每种公式都有其适用范围和限制
条件。

在实际工程中，需要根据具体情况选择合适的土压力计算公式进行
计算。

同时，需要注意公式中的参数取值要准确，以保证计算结果的准确
性和可靠性。

高填方涵洞地基处理探讨

高填方涵洞地基处理探讨摘要：高填方涵洞上填土荷载较大，过大的填土压力通常会引起涵洞基础沉降量过大，导致涵顶开裂，影响结构的安全和正常使用。

为了获得涵洞地基处理的合理方法，本文采取换填天然地基土的方式，模拟不同换填宽度和深度对高填方涵洞基础沉降量和地基承载力的影响，以便获得指导工程设计的理论依据。

关键词：高填方涵洞；涵顶土压力；地基沉降；地基承载力1.1 工程介绍涵洞位于屯留县某城际连接线上，设计跨径为2-4x5m，顶板厚1m，立墙厚度均为0.9m，承台高1.5m，涵顶填土为16m，为高填方箱涵。

1.2 几何模型简化和材料参数的选取（1）几何模型简化为了突出研究重点，几何模型进行了如下简化：①不考虑车辆荷载引起的竖向土压力，仅计算填土引起的竖向土压力。

②对于高填方涵洞可简化为平面应变问题。

③利用施工阶段来模拟土体的分层回填过程。

有限元计算模型如图1所示。

图1 有限元计算模型利用平面应变单元来模拟地基土、回填土及涵洞洞口外侧已完成的路基填土，采用梁单元来模拟箱涵立墙及基础。

（2）材料参数选取结合工程场地土工试验结果选取数值模拟所采用的计算参数如表1所示。

表1数值模拟所采用的计算参数材料名称下层粉质粘土中层粉质粘土上层粉质粘土天然砂砾涵顶上方填土混凝土弹性模量（KN/m2）100000 60000 45000 120000 100000 30000000泊松比 0.28 0.3 0.3 0.2 0.25 0.2容重（KN/m3）20.6 20.3 20.1 19.2 17.5 25粘聚力（KN/m2）15 15 15 0 10 -摩擦角（度） 30 30 30 35 23 -1.3 涵洞地基沉降计算（1）地基处理宽度对沉降的影响为了研究涵洞地基处理宽度对涵洞地基沉降的影响，本文采取换填天然地基土的方式来进行地基处理，换填后的地基土刚度E=10MPa其余土体及结构参数同表1，换填宽度B分别按照0m（即天然地基，不处理），8m，13m和18m来控制。

高填方涵洞土压力分析及减荷措施

高填方涵洞土压力分析及减荷措施何超【期刊名称】《《山西建筑》》【年(卷),期】2019(045)017【总页数】2页(P138-139)【关键词】涵洞; 高填方; 土压力【作者】何超【作者单位】北京国道通公路设计研究院股份有限公司北京 100053【正文语种】中文【中图分类】U449.80 引言山区高填方涵洞有着长度长、填土高的特点，洞身受到的土压力大，相应的涵洞尺寸也较大，若设计时土压力计算过分保守，尺寸过大则导致造价高造成浪费。

若涵洞设计考虑欠缺导致尺寸偏小，可能出现涵洞承载能力不足，导致涵洞过早出现开裂等危害。

在保证其可靠性和耐久性的情况下能否做到经济合理，是高填方涵洞设计需重视的问题。

1 现行规范涵洞土压力计算涵洞土压力主要分为以下几类:1)散体极限平衡法；2)土柱法；3)压力集中系数法；4)卸荷拱法；5)根据变形条件以弹性理论为基础的计算方法。

我国现行的JTGD60—2015公路桥涵设计通用规范采用土柱法计算，JTG/T D65—04—2007公路涵洞设计细则则采用压力集中系数法。

在设计过程中，由于对涵洞土压力认识不足，若采用了相对偏小的荷载作为设计依据，结果造成涵洞承载力不足，过早产生病害。

由于公路涵洞多为混凝土结构，柔性管涵相对较少，混凝土结构刚度大，而土的刚度较小，因此涵洞上部的土位移小于两侧的土的位移，导致涵洞外侧的土对涵顶上方的土柱产生向下的托拽作用。

因此，涵洞顶也会受到外侧的土施加的向下附加应力，造成涵洞所受的土压力大于涵洞上部的土重，涵洞与土作用机理可见图1。

涵洞所受的土压力并不等于其上土柱的重量，而是相对洞身上方土重较大，根据相关研究表明，涵洞承受的土压力约为上方土重的1.3倍～2.0倍[1]，因此，欠缺合理的计算将导致设计涵洞的承载力不足。

我国JTG D60—2015公路桥涵设计通用规范中，涵洞土压力采用土柱法计算，竖向土压力qv=γH，水平土压力Hq=tan(45°-φ/2)×γH。

土压力的影响因素及其计算方法

无粘性土的主动土压力计算
土压力的影响因素及其计算方法
无粘性土的主动土压力计算
P157 5.5-1.墙后填土表面有连续均布荷载的情况,当挡土墙墙后填土面有均布荷载q作用时，若填土重度
为ϒ,则将均布荷载换算成的当量土层厚度为q/ ϒ
土压力的影响因素及其计算方法
粘性土的主动土压力计算
ea=0
土压力的影响因素及其计算方法
由于各层填土粘聚力和内摩擦角不同，所以在计算主动或被动土压力系数时，需采用计算点所在土层的粘聚力和内摩擦角
土压力的影响因素及其计算方法
填土为成层土时的土压力计算
土压力的影响因素及其计算方法
5.4 库仑土压力理论
假设挡土墙刚性、墙后填土为无粘性土。以整个滑动土体上力的平衡条件来确定土压力
粘性填土的库仑土压力确定可采用试算图解法
土压力的影响因素及其计算方法
粘性填土的土压力
对于工程实际中粘性填土问题，往往采用等代内摩擦角法，不直接考虑粘性填土粘聚力的影响，而是用一个等代内摩擦角来代替粘土的两个强度指标，然后再按无粘性填土问题求解。
土压力的影响因素及其计算方法
填土中有地下水时土压力的计算
土压力的影响因素及其计算方法
5.3 朗肯土压力理论
Rankine土压力理论和Coulomb土压力理论是计算主动土压力和被动土压力的两种基本理论。
朗肯土压力理论：根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出土压力的计算方法。
土压力的影响因素及其计算方法
Rankine土压力理论的基本原理和基本假定
主动
被动
土压力的影响因素及其计算方法
位移对土压力的影响及三种土压力
静止土压力 E0
挡土墙为刚性不动时，土处于静止状态不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力。

高填方涵洞分层回填的数值模拟和土压力分析

ｍ、高４ｍ，圈厚度５ｍ，形涵洞断面形状矢拱０ｃ箱
图１卵形拱涌位移场云同
取相同的净宽和矢高，土高度均为１．填３６ｍ。土
体的本构关系取理想弹塑性ＤｕｋｒＰａｅｒｃｅ— ｒｇｒ模
模量为２．Ｐ，８０Ｇａ？比０１７容重２Ｎ／。白松．６，４ｋｍ。
位移。然两者的结果是不同的，显只有正确地模拟
分层回填的过程才能得到正确的土压力Ｉ。大型通用有限元分析软件ＡＮＳ，ＹＳ具有独特的生死单元功能，以很方便地模拟涵洞土体的可分层回填过程。在模拟涵洞分层吲填时，首先建立
位移和应力，分层回填时，层土体的重力只对但本下层土体产生影响，会对卜土体产生应力和不层
计算模型的参数如下：土容重ｙ为填１Ｎ／，松比为０２１弹性模量为１．８ｋｍ。泊．７，５０ＭＰ，ａ摩擦角为３。粘聚力为３Ｐ。凝土弹性５，５ｋａ混
所示，比较图１层模拟回填和图７整体计算２分种
不同计算的位移场云图，分层模拟的最大竖向位
移为７５ｍｍ，生在填土高度１２，体计算的发／处整最大竖向位移为１８ｍｍ，生在回填土体最上层２发
维普资讯
交通与计算机２００８年第１期第２６卷总１０期４

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Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｓｅｖｅｒａｌｃｕｌｖｅｒｔｔｏｐｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈｉｌｆｌｃｕｌｖｅｒｔ
为利用附近高路堑开挖产生的废方，降低工程造价，常把地形高差比较大的路段设计为高路堤，或者把桥梁方案变更为高路堤方案。但因排水的需要，在涵洞设计中高填方涵洞的应用越来越多。我国《公路桥涵设计通用规
ＹＡＮＨｏｎｇ — — ｗｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ，Ｙｕｎｎａｎ６５０２２４，Ｃｈｉｎａ）
第３３卷第７期
Ｖｏｌ＿３３ＮｏＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ
２０１４年３月
Ｍａｒ．２０１４
几种关于高填方涵洞涵顶土压力计算方法的探讨
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏａｄ，ａｓａｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｎｅｅｄｏｆｒｏａｄａｌｉｎｍｅｇｎｔａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｃｏｓｔ，ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｈｉｇｈｉｆｌｌｃｕｌｖｅｒｔａｒｅｓｅｔｔｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｓｉｎｇｏｆｃｕｌｖｅｒｔ，ｃｏｒｒｅｃｔｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｕｌｖｅｒｔｔｏｐｅａｔｈｒｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓ
ｖｅｒｙｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｈｉ【ｇｈｉｆｌｌｃｕｌｖｅｒｔｔｏｐｃｕｌｖｅｒｔｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｔｈｅｏｉｒｅｓａｎｄｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｓｔｈｅｃｌｃａｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｉｔｈｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ｄｉｆｅｒｅｎｔｅｘｐｅｉｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｆｉｌ１；ｃｕｌｖｅｒｔｔｏｐｅａｔｒｈｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｃａｌｃｕｌａｔｅ
闰红伟
（西南林业大学土木工程学院，云南昆明６５０２２４）
摘要：在道路设计和建设中，由于道路线形和降低造价的需要，高填方涵洞的设置越来越多。为了安全可靠经济地设计
涵洞，正确的计算涵顶－＋－￣－２就非常必要。文章通过探讨几种高填方涵洞涵顶土压力的计算理论和计算方法，并将这几种计算方法的计算结果互相对比，得出这几种方法的体会。关键词：高填方；涵顸土压力；计算中图分类号：Ｕ４４９文献标识码：Ａ文章编号：１００６ — ８９３７（２０１４）０７ — ００５０ — ０２
ｌ研究目的和意义
在西南部大开发以后，为了满足高速公路线形的要
求，很多高速公路不可避免地要穿过山岭区或者重丘区，
限平衡条件推导出Ｍａｒｓｔｏｎ公式田；金姆（Ｋｉｍ）采用有限元方法分析了深埋箱涵与填土的相互作用，其中填土采用了Ｄｕｎｃａｎ — Ｃｈａｎｇ本构模型模拟，得出不同的埋设方式以及不同的土体和涵洞参数对涵一土相互作用的影响嘲；