沟槽式高填拱形明洞力学特性及其影响因素分析

针对高填土荷载作用下沟槽式拱形明洞结构受力研究较少问题,文章首先通过室内模型试验研究了沟槽式高填黄土拱形明洞受力特性,得到了明洞周围土压力分布形式以及拱圈外侧应力随填土高度的变化规律.结果显示,明洞顶曲线段土压力呈"中间大、两边小"分布特征.当填土较低(<1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载大于规范值.而当填土较高(≥1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载小于规范值.随着填土高度的增加,明洞两侧水平土压力由"正梯形"分布向"矩形"分布转变.明洞底土压力呈"均布荷载"分布.随着填土高度的增加,拱肩截面外侧应力变化较小,而拱顶、侧墙及拱底截面外侧应力显著增加;然后对试验过程进行数值模拟分析.结果显示,明洞周围土压力平均相对误差为11.3％,外侧应力平均相对误差为14.5％,可验证试验数据的正确性及计算参数的合理性;最后进一步探讨了填土高度、沟槽边坡坡角、填料性质和沟槽与明洞宽度比等参数的敏感性对明洞衬砌结构内力的影响.结果表明,沟槽边坡坡角、沟槽与明洞宽度比影响最大,实际工程中应尽量提高边坡坡角,降低沟槽与明洞宽度比,以期改善明洞结构受力.