基于有限差分的高填减载明洞土拱形态与结构响应的时效性研究

回填场地是短期内重构形成的,与自然场地相比,回填材料等因素对其结构内力影响显著。为了保证高填减载明洞在使用过程中的长期安全性,需要对其进行时效性研究。基于有限差分软件FLAC3D,建立高填减载明洞模型,分析施工完成后,上方土体内部土拱形态发展和结构响应时效性。结果表明:当上方回填土体后期蠕变性能明显时,随着时间流逝,土体内部的土拱会逐渐退化至消失,结构响应也会发生较大变动,而且前期的变化速率较大,中期会逐渐变小,后期将变为零;回填高度和回填材料对高填减载明洞各方面的时效性有较大影响,增加回填高度,土拱形态和结构响应有显著变化,但回填高度的改变并不会影响两者随时间的整体变化趋势;若材料的蠕变性能较弱,随着时间推移,土拱形态会更加明显,而结构响应变化较小。该研究成果可对该类结构的设计及工后安全监测提供参考。

地震作用下高填减载明洞土压力研究

针对西北黄土高原地区高填方减载明洞工程,明洞顶部铺设EPS板可以有效减小明洞周围土压力,保证结构安全。然而,由于填土的动力高敏感性,地震作用将会对已经稳定的回填土体产生扰动,导致明洞结构周围土压力发生较大变动,对明洞结构造成不利影响。因此,采用数值模拟方式,对地震作用下的高填减载明洞周围土压力变化特性及土拱效应进行研究。研究结果表明:地震作用下,由于减载作用产生的土拱效应始终存在,使得土拱高度降低和效应减弱;明洞顶部竖向动土压力时程曲线在距明洞中央0~5 m范围内变化趋势一致,在距中央5~7 m范围内变化趋势相反,当明洞顶竖向动土压力达到峰值时,平均竖向动土压力为平均竖向静土压力的1.14倍;明洞两侧水平动土压力时程曲线变化趋势呈“此消彼长”状态,当水平动土压力达到峰值时,平均水平动土压力为平均水平静土压力的2.89倍。

地震作用下高填减载明洞土拱形态及衬砌结构动力响应研究

土拱作为高填减载明洞中荷载传递的媒介,可以改善结构受力,确保结构安全。然而,西北黄土地区地震活动频繁,建设在该地区的高填减载明洞势必会受到地震荷载的影响,改变静载作用下形成的土拱形态,并引起结构的动力响应。因此,文中采用数值模拟,确定了回填土中的土拱形态,并对地震作用下的土拱形态演化和衬砌结构动力响应进行研究。研究结果表明:竖向动土压力时程曲线在距明洞中央6 m范围内变化趋势相似,在距明洞中央6~8 m范围内变化趋势相反,明洞左右两侧水平动土压力时程曲线呈“此消彼长”变化;原本对称的土拱向左倾斜,土拱顶部高度降低,而底部高度升高,明洞顶土拱厚度减小了18.36%,左右两侧边坡处土拱厚度H_(3)和H_(4)分别减小了10.56%和11.43%;衬砌结构左右两侧边墙底部弯矩放大系数分别高达15.30和19.55,衬砌结构仰拱左侧位置处轴力放大系数高达22.54,明洞进行抗震设计时,应该对衬砌结构仰拱位置处的抗拉能力和左右两侧边墙底部的抗弯能力给予关注。