本發(fā)明涉及公路及鐵路工程室內(nèi)模型試驗研究技術(shù)領(lǐng)域的試驗分析方法，特別涉及一種基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法。

背景技術(shù)：

在樁承式路堤中，由于樁和樁間土體的模量差別很大，在路堤荷載的作用下，樁土之間會產(chǎn)生差異沉降，使得路堤填土中產(chǎn)生剪應(yīng)力，進(jìn)而在路堤中形成了應(yīng)力重分布，產(chǎn)生“土拱效應(yīng)”現(xiàn)象。1988年，hewlett&randolph等在文獻(xiàn)analysisofpiledembankments[j].groundengineering,1988,21(3):12-18中提出了基于試驗的土拱效應(yīng)理論模型，認(rèn)為土拱的形狀是半圓形的，是具有均勻厚度的拱，研究發(fā)現(xiàn)土拱的破壞發(fā)生在土拱拱頂和拱角處，土拱的拱頂處土體處于極限平衡狀態(tài)，在軟土上方土壓力系數(shù)隨路堤高度分布曲線中，土壓力系數(shù)由逐漸增大到減小的突變點所對應(yīng)的路堤高度為土拱內(nèi)拱的高度。莫爾庫倫理論中有也極限平衡的思想，可以通過莫爾應(yīng)力圓確定土體強(qiáng)度包絡(luò)線，進(jìn)而確定土體的極限平衡狀態(tài)。對土拱效應(yīng)進(jìn)行研究分析時，常需要確定土拱的外拱高度和、內(nèi)拱高度、拱厚，這樣才能較準(zhǔn)確地確定出土拱的輪廓線，通過模型試驗與摩爾庫倫理論相結(jié)合，本發(fā)明提出一種較新的樁承式路堤土拱效應(yīng)的試驗分析方法，可以使樁承式路堤土拱效應(yīng)分析，尤其是確定土拱的輪廓線更加簡便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法，運用樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗裝置進(jìn)行試驗研究并運用莫爾庫倫強(qiáng)度理論分析樁承式路堤土拱效應(yīng)是否產(chǎn)生，確定土拱的拱頂位置，通過分析軟土上方土壓力系數(shù)隨路堤高度分布曲線，根據(jù)hewlettandrandolph(1988)土拱理論可以得到土拱的內(nèi)外拱的高度，通過內(nèi)拱高度與外拱高度可近似計算土拱的拱厚大小，通過土拱的外拱高度、內(nèi)拱高度、拱厚大小可繪制土拱的輪廓線。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明基于模型試驗和莫爾庫倫理論，提出一種基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法。

基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法，包括如下步驟：

(1)通過三軸試驗測定樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗所用填料的大小主應(yīng)力，填料為砂土；

(2)繪制填料的莫爾應(yīng)力圓、強(qiáng)度包絡(luò)線；

(3)在樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗裝置中進(jìn)行試驗，測得不同路堤填土高度位置處填料的豎直向和水平向應(yīng)力大??；

(4)由測定的填料大小主應(yīng)力值繪制不同位置處填料的莫爾應(yīng)力圓；

(5)將不同位置處填料的莫爾應(yīng)力圓與之前繪制的強(qiáng)度包絡(luò)線進(jìn)行比較，判斷不同位置處填料處于何種狀態(tài)；

(6)對照不同位置處填料的狀態(tài)，軟土中心上方某一位置處填料的摩爾應(yīng)力圓與填料的強(qiáng)度包絡(luò)線相切或者臨近相切，則該處填料所處高度即為土拱外拱的高度；

(7)根據(jù)不同位置處填料的豎直向與水平向的應(yīng)力，計算出該處的土壓力系數(shù)的大小，并判斷不同位置處路堤填料處于主動或者被動應(yīng)力狀態(tài)，在軟土上方填料土壓力系數(shù)隨路堤高度分布曲線中，根據(jù)土壓力系數(shù)由逐漸增大到減小的突變點所對應(yīng)的路堤高度可得到土拱內(nèi)拱的高度；

(8)通過得到的土拱外拱高度和內(nèi)拱高度可以近似計算得到土拱的拱厚大小，土拱外拱高度減去土拱內(nèi)拱高度得到土拱拱厚大小，當(dāng)土拱的內(nèi)外拱高度為零時，也就是軟土上方路堤填料均處于靜止土壓力狀態(tài)時，土拱效應(yīng)沒有發(fā)生；

(9)通過土拱的外拱高度、內(nèi)拱高度、拱厚大小可近似繪制土拱的形狀。

進(jìn)一步，步驟(1)中，三軸試驗根據(jù)樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗的特定工況的填土進(jìn)行試驗。

進(jìn)一步，步驟(3)中，在在不同路堤填土高度處，主要是在樁間底土表面中心上方不同高度處布置水平向、豎直向土壓力盒。

附圖說明

圖1為模型試驗裝置示意圖。

圖2為確定土拱外拱高度方法示意圖。

圖3為確定土拱內(nèi)拱高度方法示意圖。

圖中：1為路堤表面；2為模型槽；3為路堤填料；4為土壓力盒；5為軟土表面；6為樁；7為模擬軟土。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法，包括以下步驟：

(1)通過三軸試驗測定樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗所用填料的大小主應(yīng)力，填料為砂土；

(2)繪制填料的莫爾應(yīng)力圓、強(qiáng)度包絡(luò)線，如圖2所示，e線為強(qiáng)度包絡(luò)線；

(3)在樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗裝置中進(jìn)行試驗，在模型槽(2)中底部有樁(6)，模擬軟土(7)，在軟土表面(5)上方填筑路堤填料(3)，路堤填料中放置有土壓力盒(4)，路堤填料(3)填筑到路堤表面(1)為止，如圖1所示測得樁帽處和不同路堤填土高度位置處填料的豎直向和水平向應(yīng)力大小，測得a、b處填料的豎直向和水平向應(yīng)力大?。?/p>

(4)由測定的a、b填料大小主應(yīng)力值在圖2中繪制填料的莫爾應(yīng)力圓，如圖2所示，a處填料繪制莫爾圓c，b處填料繪制莫爾圓d；

(5)將繪制的莫爾應(yīng)力圓與之前繪制的強(qiáng)度包絡(luò)線進(jìn)行比較，判斷不同位置處填料處于何種狀態(tài)，如圖1所示，a處填料處于未破壞狀態(tài)，b處填料處于極限平衡狀態(tài)；

(6)對照不同位置處填料的狀態(tài)，軟土中心上方某一位置處的填料的摩爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度包絡(luò)線相切或者臨近相切，則該處填料所處高度即為土拱外拱的高度，所以b處填料對應(yīng)的路堤高度為土拱外拱的高度；

(7)根據(jù)不同位置處填料的豎直向與水平向的應(yīng)力，可以計算出該處的土壓力系數(shù)的大小，并能判斷不同位置處路堤填料處于主動或者被動應(yīng)力狀態(tài)，在軟土上方填料土壓力系數(shù)隨路堤高度分布曲線中，如圖3所示，土壓力系數(shù)由逐漸增大到減小的突變點f點所對應(yīng)的路堤高度為土拱內(nèi)拱的高度；

(8)通過得到的土拱外拱高度和內(nèi)拱高度可以近似計算得到土拱的拱厚大小，土拱外拱高度減去土拱內(nèi)拱高度得到土拱拱厚大小，當(dāng)土拱的內(nèi)外拱高度為零時，也就是軟土上方路堤填料均處于靜止土壓力狀態(tài)時，土拱效應(yīng)沒有發(fā)生；

(9)通過土拱的外拱高度、內(nèi)拱高度、拱厚大小可近似繪制土拱的形狀。

其中，步驟(1)中，三軸試驗根據(jù)樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗的特定工況的填土進(jìn)行試驗。

其中，步驟(3)中，在在不同路堤填土高度處，主要是在樁間底土表面中心上方不同高度處布置水平向、豎直向土壓力盒。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于模型試驗和莫爾庫倫理論的樁承式路堤土拱效應(yīng)分析方法，主要步驟是先通過三軸試驗測定樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗所用填料的大小主應(yīng)力，之后繪制填料的莫爾應(yīng)力圓并確定路堤填料的強(qiáng)度包絡(luò)線，再通過樁承式路堤土拱效應(yīng)研究模型試驗，測得路堤中軟土上方不同高度處路堤填料豎直向與水平向的應(yīng)力，并在正應(yīng)力?剪應(yīng)力坐標(biāo)系中做出相應(yīng)的摩爾應(yīng)力圓，根據(jù)摩爾應(yīng)力圓與強(qiáng)度包絡(luò)線的關(guān)系判斷路堤填料是否處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)填料所處的豎直向與水平向的應(yīng)力，判斷填料處于何種應(yīng)力狀態(tài)，再通過軟土上方填料土壓力系數(shù)隨路堤高度分布曲線，根據(jù)Hewlett?and?Randolph(1988)土拱理論可以得到土拱內(nèi)外拱的高度，并做出土拱輪廓線。

技術(shù)研發(fā)人員：莊妍;劉奐孜;崔曉艷;梁棟;雷國輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.31
技術(shù)公布日：2017.09.15