管–土相对刚度对高填方钢波纹管涵承载特性的影响分析

在中国西部地区,广泛分布着黄土丘陵、深沟和山间河谷。在道路建设中,高填路基是应对这些地形的主要方式之一。为了满足排水和通行的需求,在高填路基中需要设置涵洞。钢波纹管被广泛应用于横向排水结构,因其具备优秀的变形协调性能,尤其适用于深厚填土体。本研究针对高填路基条件下钢波纹管涵的承载特性进行了数值计算分析,着重考虑了管涵刚度的变化。本文建立了高填方钢波纹管涵的有限元模型,研究了不同填土高度及管涵刚度对土拱效应的影响。并设置了管涵刚度分别为原刚度的0.1倍、0.5倍、5倍和10倍,研究了不同管–土相对刚度条件下,管涵的竖向变形、涵顶土体沉降以及刚柔性状况。结果显示:1) 随填土高度的增加,管顶变形由向上变形转为线性下沉;2) 原刚度下填土高度较小时呈现正土拱效应,随填土高度的增加转变为负土拱效应;3) 变刚度下刚度较低的管涵更易出现正土拱,刚度较高的管涵更易形成负土拱。研究认为,合理选择管涵刚度,在一定填土高度下可以形成有利的正土拱效应,减小管涵承受的土体荷载,提高使用寿命。后续研究将考虑其他影响因素对土拱效应的作用机理,为工程设计提供参考。