MATLAB在隧道工程中土压力的实际应用.pdf

垒坠兰垦垦丝』丛皇曼兰堕堡坠————一!一江亘建堑窒通王猩MATLAB在隧道工程中土压力的实际应用●程静敏一中铁四局集团第--3-程有限公司。安徽合肥230041摘要：很多支挡工程中常出现墙后土体宽度是有限的情况，以往研究该情况下的有限土体形状是规则的，而现在建的较多实际工程中，由于地形复杂化、挡土墙后填土多样化，导致墙后土体形状非四边形状。挡土墙后填土在不满足半无限土体及规则形状土体的条件下，本文基于极限平衡法研究了一种新的土压力计算方法，推导了放坡条件下有限土体主动土压力计算公式。关键词：土压力理论受力分析主动土压力MAllAB李峰、郭院成运用滑楔体理论，在考虑墙后是黏性土的情况下，建立了有限土体土压力的计算模式，并对其进行分析研究。结果表明：将半无限土体土压力分布模式与有限土体土压力分布模式进行对比，两者之间有着显著的差异。当有限土体宽度与基坑深度的比值不大于1／2～3／4时，可按该计算模式对土压力的大小进行计算。刘鑫通过GeoStudio—SIGMA／w软件对放坡条件下有限土体进行数值模拟，并研究了该情况下土压力强度分布。结果表明：随着有限土体宽度的增大，土压力强度分布越来越大，且土压力强度随着墙高的分布呈非线性分布㈨·3。。1放坡条件下有限土体主动土压力计算模型当作用在支护结构上的土压力使支护结构产生水平位移，使墙后土体产生滑裂体，并处于极限平衡状态。此时的滑裂面为BF，滑裂体为ABFD，滑裂体上作用有滑裂土体的重力w，下部不动土体对滑裂土体的反力R，反力R与滑裂面的法线成‘P角，并作用在法线的下方；墙体对土体的反力Ea，反力Ea与AB面的法线成8角，并作用在法线的下方，墙体对土体的反力与有限土体主动土压力大小相等，方向相反【4J．如图1所示．k!．}了C7一Ea“√乓一≥：专二◇图l有限土体受力分析图2放坡条件下有限土体主动土压力基本方程取单位长度有限土体考虑，由图l有限土体受力分析图可得滑裂体的重力w为”J：W=1／2·Y·(AD+EF)·AE+1／2·1·EF·EB=1／2·叮(b+b+AE·cotl3)·AE+1／2。ly(b+AE。cotlB)‘(H—AE)=1／2·1[Hb+(Hcotl3+b)·AE](1)式中：^y为土的重度(kN／m3)；b为坡顶的宽度，即有限土体的宽度(m)；H为坡顶到坡底的垂直距离，即计算点的深度(m)；p为边坡的坡角。EF=(H—AE)cot0=b+AEcot口(2)所以：AE=而Hcoit0丽-b(3)可得平衡方程为：f∑Fx=0【罗F，=0，Eaco$6一胁(8一妒)20(4)【E。sin8+Rcos(0一妒)=W由式(4)可推出有限土体主动土压力计算公式为：·152·Ea2面吾了酉[(Wsin(日一妒)](5)由式(1)、(3)、(5)可得：E。=者黼(扣舶+扣(Ⅳco够“’丽Hcot0-b)(6)3放坡条件下有限土体主动土压力求解方法根据极限平衡法求解出的主动土压力公式可知：求解主动土压力关键在于解出剪切破裂面倾角№]。对于半无限土体而言，朗肯土压力理论与库伦土压力理论得到的半无限土体主动土压力的剪切破裂面倾角均为0=45。+qo／2，剪切破裂面倾角始终是个定值，与深度无关。而对于有限土体而言，剪切破裂面倾角是一个变量，它与基坑深度、有限土体宽度、边坡坡角等因素有关【7J。当深度H一定时，根据上式(6)可知：有限土体主动土压力(Ea)为剪切破裂面倾角(0)的函数。按照极限平衡理论，将有限土体主动土压力对剪切破裂面倾角进行求导，并令dEa／d0=0，此时求出的极值(0’)即为剪切破裂面倾角的值，将求解出的极值与相关已知参数代人公式(6)中，此时求解出的极大值即为有限土体主动土压力【8J。编写代码为：syms11WrHbPxf=sin(x—n)／(COS(x—n—w))}(1／2十r{H}b+1／2}r}(H}cot(P)+b)}(H十cot(x)一b)／(cot(x)+cot(P))；diff(f，x)得出结果：dEa／d0=(COS(8—0)$((H}b+Y)／2一(1+(b+H}cot(B))$(b—H}cot(0)))／(2+(cot(13)+cot(0)))))／cos(8+‘p一0)+(sin(8—0)}((_y$(b+H}cot(B))十(b—H}cot(0))}(cot(0)2+1))／(2}(cot(13)+cot(0))^2+(H+．y}(b+H{cot(B))$(cot(0)^2+1))／(2}(cot(B)+cot(0))))／cos(8+‘P一0)+(sin(8—0){sin(8+‘P一0)}((H}b}-／)／2一(^y+(b+H}cot(p))女(b—H}cot(0)))／(2}(cot(B)+cot(0)))))／cos(8+0一‘P)^2(7)令上式(7)dEa／d0=0，并将相关参数b，H，p，^y，‘P，8的值代入，求解出0的值，此时0的值即为极值(0’)。将极值0’，b，H，13，1，‘P，8的值代入式(6)中，即可求出有限土体主动土压力Ea。4工程实践南昌市红谷隧道工程。位于江西省南昌市南昌大桥与八一大桥之间(距南昌大桥1．4km，距八一大桥约2．3kin)，连接红谷滩新区与东岸老城区。4．1计算结果分析与对比由图2可知，随着b／H的增大，剪切破裂面倾角与b／H成负相关；若随着H的增大，但不改变b／H时，剪切破裂面倾角无变化。由图3可知，当H一定时，随着b／H增大，有限土体主动土压力增大，并且趋于库伦土压力；当H改变，b／H不变时，随着H的增大，有限土体主动土压力增大，且主动土压力与H增加倍数的平方成正比[9．1⋯。5结论(1)基坑深度的增大，但不改变有限土体宽度与深度的比值，剪切破裂面倾角不发生改变，即基坑的破坏模式与基坑形状的大小无关，但有限土体主动土压力与深度增大的倍数平方成正比。若基坑开挖深度越大，对实际工程的危险性也越大。(下转第155页) 稳、水泥稳定层的施工方式对旧水泥混凝土路面进行施工，并且在施工2016(14)：140—141．过程中，通过控制摊铺沥青混合料的温度、控制碾压质量，最终有效的[2]刘桂珍．沥青混凝土路面冷接茬施工的质量控制[J]．科技经济导完成了该项目的沥青加铺施工，并且通过业主邀请三方检测机构的检刊，2016(14)：203．测，得到了良好的改建效果。[3]郭文俊．市政道路中沥青混凝土路面施工技术与常见问题[J]．山西建筑，2016(21)：123—124．参考文献[4]康传佳．国省道旧水泥混凝土路面技术要点探析[J]．福建交通科[1]刘海燕．沥青混凝土路面施工及病虫害处理[J]．科技经济导刊，技，2016(04)：174—176．．+．+_．+．+．+。+．+。+．+．+-+一+-+一+-+一+-+一+-+-+一+—+-一+-+-+一+一+一+-+一+_一+-+-+一+一+-+-+_。+’+—+-。—+-”++。+’(上接第151页)梁施工技术水平不断提升，而在铁路桥梁施工技术中，混凝土工艺质量要求也将逐步加大。混凝土施工工艺质量把控直接影响着铁路桥梁工程的施工标准。所以，为了确保铁路桥梁工程的整体质量和耐用性能，在施工过程中就必须严格要求各部分施工技术，无论是岁混凝土的原材料，还是施工工艺要求都要进行严格把控。利用先进的科学方法对混凝土原材料、配合比、拌制、浇筑等工艺流程进行合理控制，保证铁路桥梁混凝土的施工质量，并有效提高铁路桥梁施工工程的整体质量。参考文献[I]牛建发．铁路桥梁的混凝土施工技术探讨[J]．门窗，2013(03)：109一111．[2]王兵权．浅谈如何提高桥梁施工中的混凝土质量控制[J]．西部大开发(中旬刊)，2010(03)：88．[3]张少鹏．桥梁工程施工中混凝土质量控制探析[J]．科技创新与应用，2013(20)：211．．+一+-+一+一+一+-+一+-+-+一+一+-+一+一+-+一+-+一+—+-+一+*+-+-+-+—+一+一+一—f—．+—+一+-+一+w+-+-+一+—+—+一+一—-一-—·p-—■一—P-—‘卜·(上接第152页)45004∞03SOO3∞0日2,S00200015001∞0500图2b／H与0关系曲线图0O0204060810b，H计算计，‘计算力计算图3h／H与Ea关系曲线图(2)有限土体宽度相对基坑深度较小时，改变边坡坡角，对剪切破裂面倾角和有限土体主动土压力影响较大：不改变基坑深度。随着有限土体宽度的增大，坡角的改变对剪切破裂面倾角和有限土体主动土压力影响越来越小，并最终趋于一定值，若继续增大有限土体宽度，剪切破裂面线将不交于边坡上，超出了本章的研究范围，此时基坑的破坏模式将与库伦理论一致。在实际工程中，若有限土体宽度与基坑深度大于该定值，基坑周边的堆载对本文的研究无影响。(3)内摩擦角的改变对有限土体主动土压力理论的适用范围有影响，但内摩擦角是土本身具有的特性。在实际工程中，将土特意换填来增大基坑的安全性还是不多见的。参考文献[1]吴文峰，李博，吴俊．有限土体主动土压力公式推导及计算对比[J]．西部探矿工程，2007(4)：24—26．[2]李峰，郭院成．基坑工程有限土体主动土压力计算分析研究[J]．建筑科学，2008，24(1)：15一18．[3]Kniss，K．T，Yang，K．H，Wright，S．G，andZomberg，J．G．Earthpres一$ore8anddesignconsiderationofnarrowMSEwaits[c]．ProceedingoftheConferenceofTexasSection—ASCEmeeting，Taylor，Texas，April：2007．[4]周含川．有限土体主动土压力计算及探讨[J]．重庆建筑，2009(12)：34—37．[5]陈宾，张可能，李毅，等．梯形截面有限土体被动土压力计算研究[J]．工业建筑，2010(06)：89—92．[6]丁杨．BP神经网络在隧道基坑工程中的实际运用[J]．河北工程大学学报(自然科学版)，2016，33(2)．[7]何思明，张晓曦，吴永．基于上限定理的边坡潜在破裂面确定方法与稳定性判识研究[J]．岩土力学，2012(01)：162—166．[8]曹振民．挡土墙填土曲线破裂面主动土压力分析[J]．中国公路学报，1995(S1)：7一14．[9]许锡昌．挡墙后黏性填土中破裂面曲线的一种解析解[J]．岩石力学与工程学报，2006(02)：371—376．[10]邹广电，魏汝龙．土坡稳定分析普遍极限平衡法数值解的理论及方法研究[J]．岩石力学与工程学报，2006(02)：363—370．作者简介：程静敏(1988年02月生)，安徽黄山人，工程师，本科，毕业于西南交通大学土木工程专业。基金项目：中国中铁科研项目：基于复杂结构岩体隧道的精准聚能光面爆破技术及施工安全评价研究(项目编号：2016—70)。·—卜一’‘卜-—卜一—卜一—卜一。—卜-1。卜一—‘+-一—卜--4--一+一+一+-+一·●一一+-+一+-+一+一+—+一+一+-+一+-+一+一+-+-+一+一+-+-+-+一+-+-+一+一+-+一+-+一+一+一+·(上接第153页)护管理的核心队伍，配备高质量相关养护设备，确保工程质量在人员工作质量的带动下更上一个台阶。5结语综上所述，精细化管理在公路桥梁养护管理中占据着重要地位，因此我们需要加大对公路桥梁养护管理工作的重视力度，同时将精细化管理渗透于各个环节中，以此提高公路桥梁的养护质量，真正实现公路桥梁养护管理工作的现代化。参考文献[1]袁浩，邱慎美，赵宏林．浅议公路桥梁养护管理问题与解决措施[J]．民营科技，2012，10(11)：12．[2]郑成建，范淑珍．浅谈目前高速公路桥梁养护管理工作[J]．黑龙江科技信息，2012，8(2)：34．·155·