硬基溝埋式管道垂直土壓力研究.pdf

1、地下埋管廣泛地應(yīng)用于水利、交通、市政建設(shè)及能源部門，主要分為溝埋式和上埋式。有文獻表明，由于缺乏合理的垂直土壓力計算理論，埋管在運營中常出現(xiàn)各種病害。尤其是溝埋式管道，雖然計算公式很多，但都存在一定的局限性，在現(xiàn)行的水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范中由于計算方法尚不成熟而沒有推薦計算方法。本文以室內(nèi)模型試驗為基礎(chǔ)，結(jié)合有限元數(shù)值模擬和理論分析，對硬基溝埋式管道垂直土壓力的計算作了較為深入、系統(tǒng)的研究。 本文以剛性地基、砂性填土條件下剛性埋

2、管為研究對象，進行了一系列的室內(nèi)模型試驗。試驗邊界條件分別為：不同槽寬矩形溝槽，底寬為2倍管徑、不同槽壁坡度的梯形溝槽，上埋式。試驗成果為不同填土高度時管項垂直土壓力分布及填土體內(nèi)豎向位移。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，計算管項垂直土壓力系數(shù)。通過分析比較，得出剛性埋管垂直土壓力系數(shù)的變化規(guī)律：在各種邊界條件下，溝埋式剛性管道垂直土壓力系數(shù)隨填土高度呈非線性變化，變化規(guī)律與溝槽斷面密切相關(guān)。矩形溝槽B/D≤1.5時，埋管土壓力系數(shù)隨填土高度的增加而單調(diào)

3、減小；B/D≥2時，土壓力系數(shù)隨填土高度先增后減。填土高度相同時，土壓力系數(shù)隨槽寬的增加而增大。梯形溝槽埋管垂直土壓力系數(shù)隨填土高度的增加先增后減。填土高度相同時，土壓力系數(shù)隨溝坡的變緩而變大。 利用有限元分析軟件ANsYS，選用試驗參數(shù)，對室內(nèi)模型試驗進行模擬。在驗證采用該程序模擬埋管土壓力的可靠性的基礎(chǔ)上對柔性埋管進行了計算。結(jié)果表明埋管的垂直土壓力計算應(yīng)考慮管土結(jié)構(gòu)共同作用。管土相對剛度比α<,S>可表征埋管剛度和填土剛度

4、對垂直土壓力的影響。柔性埋管的垂直土壓力可以通過對同條件剛性管折減計算。折減系數(shù)由有限元模擬結(jié)果求得。當(dāng)α<,S>=0.005時，柔性埋管垂直土壓力僅為剛性管的70％左右。 Marston-Spangler理論是現(xiàn)有計算溝埋式管道垂直土壓力的基礎(chǔ)。該理論認(rèn)為減去槽壁摩擦力之后的管項以上槽內(nèi)全部土重都由管道承擔(dān)，不考慮兩側(cè)胸腔回填土體承擔(dān)上部土重的作用。針對現(xiàn)有計算理論的不足，根據(jù)試驗和有限元模擬結(jié)果，對溝埋式剛性管道的計算建立了