非对称沟埋式涵洞特征探讨

土沉降呈对称状态，涵洞两侧沟槽内的填土沉降较大呈“下凹”
形状，涵洞正上方附近的填土明显出现“上凸”形状;而非对称沟
埋式涵洞（B #B2或Wi #W2）的填土沉降呈非对称状态,沟槽 宽度较大一侧的填土沉降较大，沟壁高度较小一侧的填土沉降
较大。非对称沟埋式涵洞周边填土沉降的非对称特性,导致涵
洞顶部的土压力与对称沟埋式情况下的土压力不同。
图2有限元网格划分（单元：1512个）
2计算结果分析
基于有限元方法，对不同参数情况下的非对称沟埋式涵洞
顶部土压力与填土内部等沉面进行了考察，得到了非对称沟埋
式涵洞的基本特征。
2.1涵洞两侧沟槽宽度的影响 不同情况下沟埋式涵洞填土内部的竖向沉降云图的典型形
状如图3所示。可见，对称沟埋式涵洞（B
、Wi =凤）的填
或高度差的增大而增大。涵洞侧壁负摩阻力随着涵洞两侧沟槽宽度差或高度差的增加而逐渐增大，相同条件下对称沟埋式涵
洞的涵顶土压力与涵侧剪应力均为最小值。工程实际中建议优先选用对称性的涵洞分布形式。
关键词:非对称沟埋式涵洞；土压力系数；竖向沉降；剪应力
中图分类号:U449
文献标识码：A
文章编号：1673-5781 (2020)01-0017-04
…
---填丈:
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19.1
15.9
…12.7.... 一 …..... .,-
................ 9.6 -….-……涵洞
M▽
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叭-饰1,
£?i •■■-■•■■3 m; B =7in. /Z-20m.
原地基
b. B]=3m02=7m
29.5 26 2
22 9 19.7
《工程与建设》2020年第34卷第1期 17
研 窕 与 探 索| YANJIUYUTANSUO
张明涛:非对称沟埋式涵洞特征探讨
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B{ =3m;逼豊矗/蠶讒/倉
等沉面是指竖向沉降量相等的平面，涵洞两侧沟槽宽度不 同取值时填土内部的等沉面分布如图4所示。可见，随着涵洞 两侧沟槽宽度差值的增大，两侧填土的沉降明显出现差异，沟 槽宽度更大一侧填土的竖向沉降更大。
I I 研 究 与 探 索
张明涛:非对称沟埋式涵洞特征探讨
YANJIUYUTANSUO
非对称沟埋式涵洞特征探讨
张明涛
(中煤第三建设(集团)有限责任公司，安徽宿州234000)
摘 要:基于有限元方法，对非对称沟埋式涵洞顶部土压力及涵侧剪应力进行了对比分析，计算结果表明:非对称沟埋式涵洞的
填土沉降呈非对称状态，沟槽宽度更大或沟槽高度更小一侧的填土沉降更大,涵洞顶部的土压力系数随着涵洞两侧沟槽宽度差
…一...... -27.8 24.8.......... ―
■21.7185
154 124
62
93 3.1
-5m;
苗十……一炉2=5m; …….一一…昱……5, =3m;
....
02=5111：
甬洞、
恳20m
帚y二二
帚…八、原地基
a. 3]-3m,32=5m
"28.7.
...--
. ........ --25.4… .…...................2分为上埋式涵洞和沟埋式 涵洞,上埋式涵洞的涵顶在天然地面以上，沟埋式涵洞的涵顶 在天然地面以下。已有研究表明，沟埋式涵洞所受到的土压力 较小,相同条件下沟埋式涵洞顶部的土压力小于上埋式涵洞顶 部的土压力口
通常,沟埋式涵洞呈对称分布,即涵洞置于沟槽的中央,两 侧沟槽形态对称。但在某些特定地形地貌条件下，涵洞可能偏 离沟槽的中心，且两侧沟槽形态不同，即出现非对称沟埋式涵 洞。此类新型涵洞的土压力分布形态，显然与对称沟埋式涵洞 不同。况且,我国多个规范中都对地下涵洞的土压力计算有着 不同的规定，且按各个规范的计算结果有时相差较大［7-诃,因 此目前尚无成熟的理论来指导非对称沟埋式涵洞的 设计①山］。
将涵洞按平面应变问题考虑，原地基与填土材料的本构模 型采用莫尔-库仑理想弹塑性模型，涵洞为钢筋混凝土结构，其
收稿日期：2019-12-04 ；修改日期：2020-01-22 基金项目：安徽省住建厅研究开发项目(K2019719)资助. 作者简介:张明涛(1986-),男，河南潔河人，助理工程师.
强度较高，可按线弹性材料考虑。土层及涵洞的计算参数见 表1。
表1各土层的物理力学参数
重度
黏聚力
土层
/(kN/m3) c/kPa
内摩擦角 变形模量 泊松比卩
0/(°) Eo/MPa
原地基 19. 8
160
46. 0
207
0. 27
填土
17.0
10. 3
29. 8
7.5
0. 35
涵洞
24. 1
30000
0. 21
有限元计算域应足够大,以便消除边界条件的影响。有限 元计算的边界条件为:底部采用固定边界条件,即水平和竖向 的位移均约束，两侧为水平方向位移约束条件。采用15节点 的三角形单元对计算模型进行网格划分，图2给出了 Wi =W2 = 5m、Bi=3in、B2=6in、H=20in情况下的有限元网格的划分 情况。采用有限元方法通过激活涵洞与填土计算单元的方法 来模拟填土的填筑
为此,本文基于有限元方法,对非对称沟埋式涵洞的土压 力及填土的沉降进行对比分析,通过变换几何参数探讨涵顶土 压力系数的影响因素，为准确把握非对称沟埋式涵洞的特征提 供一定的参考。
1有限元计算模型
现针对某一典型填方工程中的非对称沟埋式涵洞进行分 析。箱型涵洞外轮廓宽度D= 4m、高度N= 5m,涵洞四周的钢 筋混凝土壁厚50cm,涵洞顶部至填土表面的距离为H。涵洞 置于沟槽中，沟槽左壁高Wi,涵洞左壁离沟槽左壁的距离为 Bi，沟槽右壁高W2，涵洞右壁离沟槽右壁的距离为B2，涵洞的 计算构型如图1所示。
164 13 1
-9 9 66 3 3
.涵洞
W] =5m:
■ ' ■ JP2 -5m;
■填―5^=3111；
■'、
B-<
ZA-ZOm.
原地基
a.B^B2>W}=W2
c.疗i=3m02=9m
图4涵洞两侧沟槽宽度不同时填土等沉面特征（单位:cm） 为了定量地描述这种沉降差，可对比与涵顶标高相同的涵 洞两侧填土中点的沉降差，如图5所示。可见，当b=B2时 沉降差为0,当（B2-B1） = 5m时沉降差为5. 2cm,沉降差随着 涵洞两侧沟槽宽度差（及一B）的增大而增大。