棚洞結(jié)構(gòu)模型試驗研究

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1、公路隧道2011年第4期(總第76期)棚洞結(jié)構(gòu)模型試驗研究胡學(xué)兵黃倫海(招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司重慶400067)摘要為了深入研究公路棚洞與邊坡圍巖體問的相互作用關(guān)系，應(yīng)用基本相似模型試驗，對不同邊坡圍巖條件、不同開挖坡率、不同回填體材料、不同邊坡高度等組合情況進行了試驗。試驗過程中，對回填體與邊坡及棚洞結(jié)構(gòu)間的接觸應(yīng)力、棚洞結(jié)構(gòu)的表面應(yīng)力、棚洞結(jié)構(gòu)的位移等指標進行了測試，結(jié)果表明：在相同邊坡和棚洞結(jié)構(gòu)條件下，土石回填相對于片石回填，棚洞結(jié)構(gòu)的內(nèi)力更大；相對于土質(zhì)邊坡，巖質(zhì)邊坡情況下棚洞結(jié)構(gòu)受回填體

2、材料的影響更大等系列結(jié)論。關(guān)鍵詞棚洞相互作用模型試驗結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移1I前刖言罱棚洞結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外均有成功的建設(shè)經(jīng)驗，尤其是我國隨著山區(qū)公路等級的提高，以及建設(shè)期間對環(huán)境的保護和運營期間對行車的安全意識的提高，棚洞結(jié)構(gòu)得到了較迅速的發(fā)展。但是，經(jīng)過多年實踐，對于棚洞結(jié)構(gòu)的建設(shè)，人們普遍認識到采用棚洞結(jié)構(gòu)可以防止落石，提供一定的支擋抗力E，但定量評價棚洞結(jié)構(gòu)的承載能力尚未進行深入、透徹的研究，大量的結(jié)構(gòu)計算也沒有可參照的驗證對象，缺少系統(tǒng)的科學(xué)依據(jù)，棚洞結(jié)構(gòu)在設(shè)計和操作中還有許多內(nèi)容僅停留在初級階段。圖I棚洞結(jié)構(gòu)橫

3、斷面圖(單位：cm)根據(jù)上述情況，本文以依托工程重慶洪安至酉棚洞邊坡巖體從上至下依次為：耕植土(厚度約陽路上的6號棚洞為模擬研究對象，開展了棚洞結(jié)0．5O～1．50m)、粉質(zhì)粘土夾碎石(厚度5．0～7m)、構(gòu)的模型試驗研究，目的是為了研究棚洞及回填體粉砂質(zhì)頁巖。對邊坡的穩(wěn)定作用以及回填體剛度、邊坡高度及邊棚洞結(jié)構(gòu)與邊坡間的回填主要采用干碼片石和坡坡率對棚洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。耕植土兩種材料：漿砌片石的高度與棚洞結(jié)構(gòu)拱頂2依托工程概況平齊，棚洞結(jié)構(gòu)頂部采用耕植土回填，邊坡外側(cè)最低回填高度30cm，邊坡內(nèi)側(cè)按照1

4、：7．67的回填坡率洪酉路的6號棚洞設(shè)計橫斷面尺寸見圖1，?；靥钪吝吰卤砻妗Ｐ蛯嶓w結(jié)構(gòu)高度9．8m，寬度14．26m，縱向長度38m。棚洞結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左側(cè)基礎(chǔ)采3模型試驗方案用擴大基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下采用4．5m長小導(dǎo)管嵌固；右側(cè)整個模型體系由棚洞結(jié)構(gòu)、回填體和邊坡組成，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)；左右兩側(cè)基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土地其中棚洞結(jié)構(gòu)采用有機玻璃制作L2]，回填體和邊坡系梁連接，地系梁截面尺寸為0．75m×0．5ml斜柱材料采用混合砂、石膏粉等材料配合而成[3]，通過測尺寸為1．2rex1．2m，相鄰兩斜柱中心

5、間距9．5m；得邊坡、回填體和棚洞結(jié)構(gòu)之間的接觸壓力，確定棚斜柱頂端設(shè)有縱向托梁，托梁為暗梁結(jié)構(gòu)，托梁高度洞結(jié)構(gòu)體系的初始受力狀態(tài)。然后在邊坡頂部加為1．8m，寬度l_Ore；曲墻平板厚度為0．8m鋼筋混載，模擬邊坡側(cè)向壓力增大的情況下，棚洞結(jié)構(gòu)體系凝土結(jié)構(gòu)。棚洞所有結(jié)構(gòu)均采用C35鋼筋混凝土受力狀態(tài)的變化，從而確定棚洞的內(nèi)力和棚洞對邊結(jié)構(gòu)。坡的支撐作用。本模型試驗分4組：第1組試驗?zāi)！?。公路隧道2011年第4期(總第76期)擬1：0．3坡率的巖質(zhì)邊坡，分別采用土石回填和砂第3組試驗中確定的合理回填材料進

6、行回填，對結(jié)土回填兩種工況，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移進行分析，并確構(gòu)內(nèi)力和位移進行分析，并分析土質(zhì)邊坡不同坡率定巖質(zhì)邊坡合理的回填材料；第2組試驗?zāi)M下棚洞結(jié)構(gòu)的受力變化規(guī)律。具體分組情況見表1：0．5坡率的巖質(zhì)邊坡，采用第1組試驗中確定的1。試驗過程中通過監(jiān)測坡面的位移、坡面與回填體合理回填材料進行回填，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移進行分間的接觸壓力、回填體與棚洞之間的接觸壓力、棚洞析，并分析巖質(zhì)邊坡不同坡率下棚洞結(jié)構(gòu)的受力變的位移、棚洞結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力等，以了解棚洞結(jié)構(gòu)在邊化規(guī)律；第3組試驗?zāi)M1：0．5坡率的土質(zhì)邊坡，坡側(cè)壓

7、力作用下的作用機理，以及棚洞結(jié)構(gòu)抗側(cè)壓分別采用土石回填和砂土回填兩種工況，對結(jié)構(gòu)內(nèi)的能力。試驗過程中，通過在坡頂堆壓荷載，從而加力和位移進行分析，并確定土質(zhì)邊坡合理的回填材大邊坡的側(cè)向壓力，確定邊坡、回填體和棚洞結(jié)構(gòu)之料；第4組試驗?zāi)M1：0．75坡率的土質(zhì)邊坡，采用問的相互作用關(guān)系。表1棚洞結(jié)構(gòu)模型試驗方案試驗分組邊坡條件邊坡坡率試驗方案試驗?zāi)康谋O(jiān)測內(nèi)容土石回填。試驗一巖質(zhì)邊坡1：0．3下部采用漿砌片石回填，上部采用土石回填模擬棚洞對邊坡穩(wěn)坡面與回填體間的試驗二巖質(zhì)邊坡1定的作用，同時確定接觸壓力、回填體

8、與：0．5采用較合理的回填材料。在不同坡率下棚洞棚洞之間的接觸壓土石回填。試驗三土質(zhì)邊坡1：0．5與邊坡間的合理回力、棚洞的位移、棚下部采用漿砌片石回填，上部采用土石回填。填材料。洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力。試驗四土質(zhì)邊坡1：0．75采用較合理的回填材料。系數(shù)的相似常數(shù)。4模型的制作及測試—l1J(5—3)4．1模型試驗基本原理一為了使模型的強度及變形發(fā)展與實際工程相式中，為單軸極限拉應(yīng)變相似常數(shù)，為單軸似，模型材料、模型形狀和