拱效应

摘要： 心墙是沥青混凝土心墙坝的主要防渗屏障,心墙料与过渡料的不均匀沉降导致了心墙拱效应,可能导致心墙产生水平裂缝和水力劈裂。文章基于新疆某沥青混凝土心墙坝施工期和运行期监测资料,分析心墙拱效应在监测资料中的反应及其对心墙变形和渗流的影响,结果表明:施工期,心墙与坝壳料之间的不均匀沉降随填筑高程增加逐渐增大,心墙拱效应增强;蓄水运行期,上游坝壳料沉降量增大,心墙拱效应得到缓解;心墙最大沉降和最大位错变形均发生在1/3坝高处,此处心墙拱效应最为显著。

摘要： 心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素.通常采用心墙掺砾来减弱拱效应,但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应,且过多掺砾易形成渗流通道,不利于大坝防渗.考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料,以提高其变形模量,减弱心墙拱效应.以西南某高堆石坝为例,对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟,分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态;同时,采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟,以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响.结果表明:心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应,改善心墙抗水力劈裂性能;坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小,在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏;心墙上部预设裂缝更易发生扩展,固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展,避免形成渗流通道.可见,胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能.

摘要： 为精确测量静态储粮下筒仓侧壁压力和储料内部水平压力的分布规律、机理和特点等,设计制作了一种能够测量筒仓内部水平压力的试验装置。以小麦为例,对模型筒仓进行了储粮静态水平压力试验。结果表明:随着装粮高度的增加,实际筒壁侧压力增长趋势逐渐趋于稳定,试验结果略大于Janssen理论值,证实了深仓中散体侧压力并未完全达到主动土压力所需条件;试验也验证了筒仓侧壁和内部水平压力的增长趋势存在差异,受仓体边界效应及粮食拱效应影响,同一深度处的仓内粮食压力分布会随着装粮高度的增加而发生改变,表明储料内部水平压力存在重分布现象。研究结果可为仓储结构荷载研究提供参考。

摘要： 为研究井筒式基坑开挖变形特性和坑中坑开挖对基坑整体稳定性的影响,以哈尔滨省委广场井筒式地下停车场为工程背景展开分析。首先,对井筒式基坑的变形监测方案及结果进行评述。然后,采用有限元软件MIDAS/GTS建立井筒式基坑的有限元计算模型,与监测结果对比验证计算模型的准确性;在此基础上,探讨井筒式基坑施工过程中的环向拱效应演变规律,并对基坑直径和围护桩桩径等影响因素进行参数化分析。最后,基于强度折减法对井筒式基坑坑内的二次开挖进行分析,研究内坑的平台宽度和深度对基坑稳定性的影响。结果表明:1)现场实测的桩体水平位移最大为3.5 mm,最大沉降量为11.6 mm;2)圆形基坑的环向拱效应可以采用土体的中主应力矢量图进行表达,随着基坑开挖深度的逐步增大,其环向拱效应作用的土体范围也逐步扩大;3)当内外坑开挖深度比为0.44时,需考虑内坑开挖对基坑稳定性的影响。

摘要： 基于地下连续墙基础现场足尺自平衡承载力测试,采用有限差分软件建立墙-土三维数值模型,探究墙体在加载过程中周围土体的位移场和应力场变化规律。数值模型验证了地连墙自平衡试验荷载位移变化规律,模拟结果发现上段墙向上移动带动周围土体位移,形成漏斗状位移场,且对上部粘性土位移影响较显著,上部墙体短边剖面位移场影响范围大于另一方向剖面;而下段墙1/3位置处出现鼓胀效应,墙底两端出现应力集中,表现出拱效应特性。建议墙端结构强度分析时可考虑拉压杆模型传力模式。

摘要： 文章以青岛地区典型的"上软下硬"土岩复合地层为工程地质背景,在充分调研、统计、归纳地层纵深岩土体力学参数的分布规律及特征的基础上,以初期支护拱盖"拱脚岩跨比"作为控制变量,建立拱部CD法修筑的拱盖法隧道结构稳定性分析模型,对不同拱脚岩基岩性+覆岩厚度组合下的结构变形规律和拱脚岩体塑性区分布特征进行分析、总结,提出了相应的工程支护方案和控制措施,建议优先考虑将拱脚置于微风化岩基上,同时保证拱脚嵌岩深度不小于4 m,既能减小拱顶埋深、控制结构变形、降低施工风险,又能节约侧墙支护成本、实现无撑快速作业,工程效益和经济效益显著.

摘要： 心墙土石坝的坝壳料与心墙材料特性上的差异导致的不均匀位移和沉降,会造成土体局部区域产生拱效应,减小了心墙的竖向应力,降低心墙的密度和抗折强度,给大坝的安全运行造成危害.通过将土体拱效应研究的邓肯-张模型成功引入ANSYS,仿真分析在坡度、泊松比、坝高改变时,心墙的应力分布规律,利用指标σy/γh研究了这三个主要参数对心墙拱效应的影响程度.结果表明,泊松比越大,σy/γh值越大,心墙拱效应越弱;坡度越小,σy/γh值越大,心墙拱效应越弱;坝高越高,σy/γh值越小,心墙的拱效应越强.

摘要： 以佛山市某超深工作井基坑为依托,采用数值模拟方法,分析不同基坑尺寸对地下连续墙水平位移、弯矩、墙后地表沉降、坑底隆起的影响,并通过现场监测结果验证了数值分析的可靠度.基于此,进一步研究了尺寸效应对圆形基坑拱效应特点的影响.研究表明:地下连续墙水平位移、弯矩、墙后地表沉降、坑底隆起均表现随基坑尺寸增大而增大的整体趋势,当基坑直径小于65.9 m时,对各参数影响较大,反之较小.且当基坑直径约为0.6～0.9倍基坑开挖深度时,围护结构环向应力大于径向应力,具有较好的"拱效应";当基坑直径超出该范围,环向应力小于径向应力,"拱效应"减弱.通过对某超深圆形基坑尺寸的研究,以期为相关工程提供参考.

摘要： 对高层建筑转换层满跨墙下梁柱受力性能进行了讨论;从梁墙共同作用的角度出发给出了梁墙截面惯性矩的简易计算方法;给出了常用软件实现梁墙共同作用的正确方法。结合工程案例验证了墙满跨布置考虑变形协调时抗弯刚度宜取梁和上一层剪力墙共同作用,此时刚度增大约5倍;在"拱效应"下将竖向力转化为水平向支座推力使得框支柱的剪力增大,设计时需要引起注意。

摘要： 针对瀑布沟186m高砾石土心墙堆石坝受拱效应影响,心墙内部竖向有效应力明显降低问题,采用孔隙水压力系数法、总应力图法以及修正的拱效应系数法,通过土压力计和渗压计实测值与理论值定量分析,建立了心墙拱效应系数实时监控方程,揭示了瀑布沟心墙运行期工作性态,为大坝安全运行提供了评判依据.

摘要： 针对基坑支护结构土压力的研究以数值模拟为主,而解析理论应用需要完善研究现状,提出一种用于计算基坑支护结构土压力的解析方法.根据填土中土拱效应的作用以及土拱成形的基本理论,结合极限平衡分析方法,应用摩尔圆理论确定了基坑端壁间稳定土拱的轨迹方程,并且得到基于土拱形状所围滑裂土体的体积,确定出基坑支护结构土压力的解析表达式,最后进行了算例分析,研究结果表明土体的物理属性决定了有效滑裂土体的边界.提出的解析方法是深基坑计算土压力的一种新的解析方法.

摘要： 本文引入拱效应系数分析高心墙土石坝拱效应大小及分布特征,研究心墙材料参数变化对心墙拱效应影响.研究表明大坝心墙的应力拱效应在大坝两端坝肩、3/4坝高及心墙底部比较明显,在设计和施工中应给予重视;心墙材料参数K、n的增大、与反滤层参数指标相近,心墙拱效应减弱.心墙摩擦角、黏聚力对心墙拱效应影响很大;心墙坡度对心墙拱效应有较为明显的影响,随着心墙坡度逐渐平缓,心墙拱效应也逐渐减弱,由此推测存在一个临界的心墙坡度可以使拱效忽略不计甚至消除.

摘要： 猴子岩面板堆石坝坝址位于大渡河上游孔玉乡深切河谷,最大坝高223.5 m,坝顶长度278.5 m,河床部位趾板宽度只有30 m,河谷形状系数不足0.7,属于典型的狭窄河谷.本文依托工程实践和数值计算从定性、定量两个方面分析狭窄河谷高面板堆石坝拱效应的作用机理及对坝体、面板应力变形特性的影响.考虑到猴子岩大坝坝址河谷最为狭窄,在设计和施工规划过程中采取多项工程措施控制拱效应的不利影响,可以为不利条件下200 m级高面板堆石坝的建设提供借鉴。

摘要： 系统锚杆在软岩大断面隧道中支护效果一直是学术界和工程界争论的焦点.本文研究锚杆在软岩隧道施工过程中不同部位锚杆荷载传递和动态调控过程.施工初期主要依靠拱部锚杆来促进拱效应形成,最大轴力在先升高而后逐渐降低,中性点向围岩深部移动,形成动态"压力拱"现象,建议客运专线软岩大断面隧道拱部只需打设短锚杆或注浆可有效促进拱效应形成,控制隧道围岩稳定性.

摘要： 利用离散元数值方法模拟由不同形状颗粒形成散粒堆积体的过程,并通过分析堆积体的宏细观力学特征来揭示其形成机制.研究发现,颗粒形状愈规则,自然休止角愈小.细观上,颗粒接触法向量、法向接触力和切向接触力的各向异性分布强度都随颗粒形状变得规则而降低;接触法向量各向异性主方向与竖直方向的角度差AA同自然休止角α之和近乎为一个常数,法向接触力和切向接触力的各向异性主方向与竖直方向的角度差△Φf和△Φt可近似表达为与自然休止角α正相关的线性函数.最后,建立了堆积体内部拱效应的优势发挥方位同颗粒接触法向量、法向接触力和切向接触力各向异性主方向的关系.

摘要： 为了研究预应力失效下在役梁的受剪承载力,进行了2根小剪跨比梁的受剪性能试验,其中1根为钢筋混凝土对比梁.试验中将预应力混凝土梁加载到较大的损伤后,抽除预应力筋以模拟因腐蚀等原因大载下预应力突然失效状况,继而进行相应的钢筋混凝土梁受剪试验.试验结果表明,预应力失效后在役梁的受剪承载力较钢筋混凝土对比梁有大幅度提高.可见,预应力降低了斜裂缝的倾角,增强了拱效应传力机理,使得预应力失效后在役梁的承载力显著提高,甚而破坏模式发生改变.同时,试验值与基于截面的抗剪设计公式和修正拉压杆模型的预测结果分别进行了对比,结果表明试验结果修正拉压杆模型能够提供较高的预测精度,可用于同类构件的设计.

摘要： 城市地铁隧道一般为浅埋土质隧道，浅埋隧道的破坏呈整体塌落形式。对浅埋隧道,松动围岩压力经典理论的计算结果差异显著,且在某些假定上存在不足.本文克服了经典理论假定上的不足,建立了实用的松动压力公式.该式计算的松动压力随埋深、黏聚力、内摩擦角等参数的变化均符合一般规律.该式随埋深变化具有极大值,这一特征与岩柱理论、谢家然公式类似.该式可用于内摩擦角Φ≤45°的一般土质隧道.当Φ≤10°时该式与Terzaghi公式计算结果差别微小,两者差值随着内摩擦角增大而增大;根据MohrCoulomb准则对Terzaghi公式中侧压力系数修正后,当埋深不大时,该式计算值与修正的Terzaghi公式相等或接近.该式为隧道拱效应提供了新的理论基础,对浅埋土质隧道和松散破碎的岩石隧道具有重要的参考价值.

摘要： 狭窄河谷修建高土石坝可以充分利用坝肩的承载性能,减小坝体水平向位移,但同时又存在"拱效应"及可能的应力集中等问题.四川硕曲河去学水电站即将修建一座坝高达164.2m的沥青混凝土心墙堆石坝,坝址处河谷狭窄,两岸边坡陡峻,为不对称V形河谷.本文采用三维有限元研究了河谷不对称以及"拱效应"、直线型坝轴线和曲线型坝轴线、邓肯E-B模型和南水双屈服面模型对坝体变形和应力的影响.计算成果表明:坝体及心墙的变形和应力在材料所能承受的范围内,轻微的"拱效应"对坝体安全不造成明显影响.实践表明:经过精心设计和计算分析后,在狭窄不对称河谷上修建高土石坝将会获得成功.

摘要： 采用试探应力反馈算法，编制有限元子程序，将土的应力路径本构模型嵌入ABAQUS，通过对三轴压缩和三轴拉伸试验问题的数值模拟，验证了子程序的精度。基于土的应力路径本构模型，利用二次开发后的ABAQUS对轴对称小直径圆形基坑的开挖过程进行了三维有限元分析，研究了中主应力和小主应力方向的变化过程，以及平面应变条件下由中主应力引起的土压力拱的作用规律。

摘要： 一种考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析方法，该方法推演直角坐标系下非圆弧拱面内非线性压缩应变‑位移关系式；推演非圆弧拱面内非线性弯曲应变‑位移表达式；推演非圆弧拱面内非线性剪切应变‑位移表达式。使用虚功原理得到考虑剪切变形的悬链线拱面内非线性平衡微分方程；得到拱结构转角和竖向位移解析基于压缩应变沿拱轴的曲线积分与拱轴缩短量相等的原则得到面内非线性平衡方程，进而得到了考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析。本发明方法可快速确定考虑剪切效应的悬链线拱非线性变形解析，大幅降低了桥梁设计人员工作量；填补了数值方法仅能得到某个拱桥数值解而无法探索全部规律的缺点。

摘要： 本发明公开了桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，该装置分上下两层立方体模型槽，上层模型槽中放置砂土；下层模型槽放置底部带支座的桩梁，桩梁周围填筑泡沫或海绵颗粒模拟地基软土，在软土上方不同高度处放置加筋材料。在桩梁及软土表面上方不同高度处放置土压力盒，以揭示路堤中竖向应力沿路堤高度的变化规律；通过变化路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，揭示桩承式路堤中土拱不产生、部分产生、完全产生机理。模型槽中心软土表面处放置单点位移计测量软土表面沉降，并借助PVC管测量多层加筋体的竖向变形，利用软土表面的最大沉降和加筋体最大竖向变形对比分析软土和多层加筋体在桩承式路堤中的竖向承载作用力。

摘要： 本发明公开了一种结合土拱效应对岩溶路基的处置方法，包括以下步骤：建立岩溶场区路基的工程地质模型；对工程地质模型中的边界及荷载进行设置；对工程地质模型的变形情况进行分析，得出岩溶场区路基的变形严重区域；对变形严重区域进行加密处理，形成土拱效应。

摘要： 本发明公开了一种研究外部荷载对盾构隧道土拱效应影响研究的试验装置及方法。试验装置包括试验箱、模型隧道和控制模块。模型隧道由多环相互咬合，且可以发生相对运动的管片拼装而成。模型隧道安装在试验箱中部，四周填筑试验土体。控制模块由一组减速电机和一根变截面导杆组成，变截面导杆插入模型隧道内部，可使模型隧道的直径减小，造成地层损失从而产生土拱效应；通过土样表面的钢板和质量块施加外部荷载，实现不同荷载作用位置、作用范围、作用大小等外部荷载工况对盾构隧道土拱效应及土压力变化的影响；通过改变实验土样中砂性土及橡胶颗粒的配比，可以研究不同地层软硬程度下外部荷载对盾构隧道土拱效应的影响，从而为实际工程提供借鉴。

摘要： 本发明公开了桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置，该装置分上下两层立方体模型槽，上层模型槽中放置砂土；下层模型槽放置底部带支座的桩梁，桩梁周围填筑泡沫或海绵颗粒模拟地基软土，在软土上方不同高度处放置加筋材料。在桩梁及软土表面上方不同高度处放置土压力盒，以揭示路堤中竖向应力沿路堤高度的变化规律；通过变化路堤高度、桩间距、桩帽尺寸，揭示桩承式路堤中土拱不产生、部分产生、完全产生机理。模型槽中心软土表面处放置单点位移计测量软土表面沉降，并借助PVC管测量多层加筋体的竖向变形，利用软土表面的最大沉降和加筋体最大竖向变形对比分析软土和多层加筋体在桩承式路堤中的竖向承载作用力。

摘要： 本发明属于抗滑桩技术领域，涉及一种基于土拱效应的梯形抗滑桩侧桩选取方法，其包括以下步骤：S1.建立理论模型；S2.参数假设；S3.特征分析；S4.建模整合；S5.模型建立；S6.模拟分析；S7.循环上述步骤S1‑S6，采用上述步骤可以有效区别于现有技术的依次进行有限元分析、模型数据分析采集、模型建立，对比分析的常规步骤进行，可以高效解决当梯形截面抗滑桩上底，截面高度以及桩间距布设与桩土接触面摩阻系数保持一定时，45度到50度的截面侧角有利于加强桩侧与桩后受力面性能，双拱发挥协同作用。

摘要： 本发明公开了一种研究外部荷载对盾构隧道土拱效应影响研究的试验装置及方法。试验装置包括试验箱、模型隧道和控制模块。模型隧道由多环相互咬合，且可以发生相对运动的管片拼装而成。模型隧道安装在试验箱中部，四周填筑试验土体。控制模块由一组减速电机和一根变截面导杆组成，变截面导杆插入模型隧道内部，可使模型隧道的直径减小，造成地层损失从而产生土拱效应；通过土样表面的钢板和质量块施加外部荷载，实现不同荷载作用位置、作用范围、作用大小等外部荷载工况对盾构隧道土拱效应及土压力变化的影响；通过改变实验土样中砂性土及橡胶颗粒的配比，可以研究不同地层软硬程度下外部荷载对盾构隧道土拱效应的影响，从而为实际工程提供借鉴。

摘要： 本发明公开了一种渗流作用下不均匀沉降对土拱效应影响的活动门试验装置，包括模型箱、活动门、模型箱支撑、活动门支撑、升降机构、支撑板、支撑底座、弹性组件以及供水系统，模型箱固设于模型箱支撑顶部，活动门盖接于所述模型箱底部，活动门包括多块并列设置的活动块，活动门支撑安装于模型箱下方且支撑活动门，升降机构安装于活动门支撑底部，所述支撑板设置于所述活动门的下方，支撑底座安装于支撑板的下方，弹性组件与活动块一一对应设置，弹性组件顶端连接活动块，底端连接支撑板。本发明的有益效果：通过控制活动块的升降以及弹簧内支撑的刚度模拟桩间土的不均匀沉降对土拱效应的影响，更容易改变桩间净距模拟渗流对土拱效应的影响。

摘要： 本发明公开了一种考虑不均匀沉降对土拱效应影响的弹簧活动门试验装置，包括模型箱、活动门、模型箱支撑、活动门支撑、升降机构、支撑板、支撑底座以及弹性组件，模型箱固设于模型箱支撑顶部，活动门盖接于所述模型箱底部，活动门包括多块并列设置的活动块，活动门支撑安装于模型箱下方且支撑活动门，升降机构安装于活动门支撑底部，所述支撑板设置于所述活动门的下方，支撑底座安装于支撑板的下方，弹性组件与活动块一一对应设置，弹性组件顶端连接活动块，底端连接支撑板。本发明的有益效果：通过控制活动块的升降以及弹簧内支撑的刚度模拟研究桩顶下沉、桩顶不均匀下沉、桩间土的不均匀沉降对土拱效应的影响，更容易改变桩间净距，进而可以模拟多跨间土拱的作用。

摘要： 本实用新型涉及一种模拟土拱效应及加筋土拱作用的试验装置，该装置由试验主箱、支撑部件、活动隔板、活动挡板、固定挡板和旋转盘，所述试验主箱为试验土体容器，同时起到记录试验位移值的作用，所述位移控制系统通过螺纹杆及支撑弹簧，在保证下部顶板能够顺利下滑的同时，有效避免了螺纹杆上作用力过大导致卡死的现象，位移控制值通过螺纹杆螺纹距控制，能够较精确的模拟沉降量，试验主箱及位移控制系统之间有活动挡板系统，用以模拟不同桩及不同桩间距的作用。与现有技术相比，本实用新型具有操作方便，安全可靠，适用性强等优点。