沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力影响研究

沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂,不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响,采用离心模型试验与数值模拟方法,建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型,分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数K_(s)的分布规律,并与最新涵洞设计规范进行了对比,阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明:(1)沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数K_(s)影响显著,沟谷宽度B为4D~6D,D为拱涵的净跨径,涵顶土压力集中系数K_(s)增幅较大;(2)沟谷宽度B小于4D时,可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用;(3)沟谷坡度α在45°~60°时,涵顶土压力及其K_(s)变化最显著;(4)填土高度为20m,α>70°时,K_(s)≤1。填土高度为40m,α>50°时,K_(s)≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的K_(s)与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异,当α=45°时,沟谷宽度B较小时,规范的涵顶土压力集中系数K_(s)较为保守;(6)沟谷地形下高填方拱涵K_(s)与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中,并引起压密区周边土体的竖向土压力呈拱形分布。在接近地表一定深度处,拱形分布逐渐向水平分布过渡,从而形成等压面。等压面上部荷载将分散于沟谷坡体,故可发挥沟谷地形的卸荷效应。