基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107169222A(43)申请公布日2017.09.15(21)申请号201710396793.7(22)申请日2017.05.31(71)申请人河海大学地址210098江苏省南京市西康路1号(72)发明人庄妍刘奂孜崔晓艳梁栋雷国辉(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人虞希光(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法(57)摘要本发明公开了基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法，主要步骤是先通过三轴试验测定桩承式路堤土拱效应研究模型试验所用填料的大小主应力，之后绘制填料的莫尔应力圆并确定路堤填料的强度包络线，再通过桩承式路堤土拱效应研究模型试验，测得路堤中软土上方不同高度处路堤填料竖直向与水平向的应力，并在正应力-剪应力坐标系中做出相应的摩尔应力圆，根据摩尔应力圆与强度包络线的关系判断路堤填料是否处于极限平衡状态，根据填料所处的竖直向与水平向的应力，判断填料处于何种应力状态，再通过软土上方填料土压力系数随路堤高度分布曲线，根据HewlettandRandolph(1988)土拱理论可以得到土拱内外拱的高度，并做出土拱轮廓线。CN107169222ACN107169222A权利要求书1/1页1.一种基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过三轴试验测定桩承式路堤土拱效应研究模型试验所用填料的大小主应力，填料为砂土；(2)绘制填料的莫尔应力圆、强度包络线；(3)在桩承式路堤土拱效应研究模型试验装置中进行试验，测得不同路堤填土高度位置处填料的竖直向和水平向应力大小；(4)由测定的填料大小主应力值绘制不同位置处填料的莫尔应力圆；(5)将不同位置处填料的莫尔应力圆与之前绘制的强度包络线进行比较，判断不同位置处填料处于何种状态；(6)对照不同位置处填料的状态，软土中心上方某一位置处填料的摩尔应力圆与之前绘制的填料的强度包络线相切或者临近相切，则该处填料所处高度即为土拱外拱的高度；(7)根据不同位置处填料的竖直向与水平向的应力，计算出该处的土压力系数的大小，并判断不同位置处路堤填料处于主动还是被动应力状态，在软土上方填料土压力系数随路堤高度分布曲线中，土压力系数随路堤高度的增加先增大后减小的突变点所对应的路堤高度为土拱内拱的高度；(8)通过得到的土拱外拱高度和内拱高度近似计算得到土拱的拱厚大小，土拱外拱高度减去土拱内拱高度得到土拱拱厚大小，当土拱的内外拱高度为零时，也就是软土上方路堤填料均处于静止土压力状态时，土拱效应没有发生；(9)通过土拱的外拱高度、内拱高度、拱厚大小近似绘制土拱的形状。2.根据权利要求1所述的一种基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法，其特征在于：步骤(1)中，三轴试验根据桩承式路堤土拱效应研究模型试验的特定工况的填土进行试验。3.根据权利要求1所述的一种基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法，其特征在于：步骤(3)中，在不同路堤填土高度处，主要是在桩间底土表面中心上方不同高度处布置水平向、竖直向土压力盒。2CN107169222A说明书1/3页基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法技术领域[0001]本发明涉及公路及铁路工程室内模型试验研究技术领域的试验分析方法，特别涉及一种基于模型试验和莫尔库伦理论的桩承式路堤土拱效应分析方法。背景技术[0002]在桩承式路堤中，由于桩和桩间土体的模量差别很大，在路堤荷载的作用下，桩土之间会产生差异沉降，使得路堤填土中产生剪应力，进而在路堤中形成了应力重分布，产生“土拱效应”现象。1988年，Hewlett&Randolph等在文献Analysisofpiledembankments[J].GroundEngineering,1988,21(3):12-18中提出了基于试验的土拱效应理论模型，认为土拱的形状是半圆形的，是具有均匀厚度的拱，研究发现土拱的破坏发生在土拱拱顶和拱角处，土拱的拱顶处土体处于极限平衡状态，在软土上方土压力系数随路堤高度分布曲线中，土压力系数由逐渐增大到减小的突变点所对应的路堤高度为土拱内拱的高度。莫尔库伦理论中有也极限平衡的思想，可以通过莫尔应力圆确定土体强度包络线，进而确定土体的极限平衡状态。对土拱效应进行研究分析时，常需要确定土拱的外拱高度和、内拱高度、拱厚，这样才能较准确地确定出土拱的轮廓线，通过模型试验与摩尔库伦理论相结合，本发明提出一种较新的桩承式路堤土拱效应的试验分析方法，可以使桩承式路堤土拱效应分析，尤其是确定土