棚洞结构模型试验研究

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1、公路隧道2011年第4期(总第76期)棚洞结构模型试验研究胡学兵黄伦海(招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067)摘要为了深入研究公路棚洞与边坡围岩体问的相互作用关系，应用基本相似模型试验，对不同边坡围岩条件、不同开挖坡率、不同回填体材料、不同边坡高度等组合情况进行了试验。试验过程中，对回填体与边坡及棚洞结构间的接触应力、棚洞结构的表面应力、棚洞结构的位移等指标进行了测试，结果表明：在相同边坡和棚洞结构条件下，土石回填相对于片石回填，棚洞结构的内力更大；相对于土质边坡，岩质边坡情况下棚洞结构受回填体

2、材料的影响更大等系列结论。关键词棚洞相互作用模型试验结构内力位移1I前刖言罱棚洞结构在国内外均有成功的建设经验，尤其是我国随着山区公路等级的提高，以及建设期间对环境的保护和运营期间对行车的安全意识的提高，棚洞结构得到了较迅速的发展。但是，经过多年实践，对于棚洞结构的建设，人们普遍认识到采用棚洞结构可以防止落石，提供一定的支挡抗力E，但定量评价棚洞结构的承载能力尚未进行深入、透彻的研究，大量的结构计算也没有可参照的验证对象，缺少系统的科学依据，棚洞结构在设计和操作中还有许多内容仅停留在初级阶段。图I棚洞结构横

3、断面图(单位：cm)根据上述情况，本文以依托工程重庆洪安至酉棚洞边坡岩体从上至下依次为：耕植土(厚度约阳路上的6号棚洞为模拟研究对象，开展了棚洞结0．5O～1．50m)、粉质粘土夹碎石(厚度5．0～7m)、构的模型试验研究，目的是为了研究棚洞及回填体粉砂质页岩。对边坡的稳定作用以及回填体刚度、边坡高度及边棚洞结构与边坡间的回填主要采用干码片石和坡坡率对棚洞结构稳定性的影响。耕植土两种材料：浆砌片石的高度与棚洞结构拱顶2依托工程概况平齐，棚洞结构顶部采用耕植土回填，边坡外侧最低回填高度30cm，边坡内侧按照1

4、：7．67的回填坡率洪酉路的6号棚洞设计横断面尺寸见图1，模回填至边坡表面。型实体结构高度9．8m，宽度14．26m，纵向长度38m。棚洞结构采用钢筋混凝土结构，左侧基础采3模型试验方案用扩大基础，基础下采用4．5m长小导管嵌固；右侧整个模型体系由棚洞结构、回填体和边坡组成，基础采用桩基础；左右两侧基础采用钢筋混凝土地其中棚洞结构采用有机玻璃制作L2]，回填体和边坡系梁连接，地系梁截面尺寸为0．75m×0．5ml斜柱材料采用混合砂、石膏粉等材料配合而成[3]，通过测尺寸为1．2rex1．2m，相邻两斜柱中心

5、间距9．5m；得边坡、回填体和棚洞结构之间的接触压力，确定棚斜柱顶端设有纵向托梁，托梁为暗梁结构，托梁高度洞结构体系的初始受力状态。然后在边坡顶部加为1．8m，宽度l_Ore；曲墙平板厚度为0．8m钢筋混载，模拟边坡侧向压力增大的情况下，棚洞结构体系凝土结构。棚洞所有结构均采用C35钢筋混凝土受力状态的变化，从而确定棚洞的内力和棚洞对边结构。坡的支撑作用。本模型试验分4组：第1组试验模·1。公路隧道2011年第4期(总第76期)拟1：0．3坡率的岩质边坡，分别采用土石回填和砂第3组试验中确定的合理回填材料进

6、行回填，对结土回填两种工况，对结构内力和位移进行分析，并确构内力和位移进行分析，并分析土质边坡不同坡率定岩质边坡合理的回填材料；第2组试验模拟下棚洞结构的受力变化规律。具体分组情况见表1：0．5坡率的岩质边坡，采用第1组试验中确定的1。试验过程中通过监测坡面的位移、坡面与回填体合理回填材料进行回填，对结构内力和位移进行分间的接触压力、回填体与棚洞之间的接触压力、棚洞析，并分析岩质边坡不同坡率下棚洞结构的受力变的位移、棚洞结构内部应力等，以了解棚洞结构在边化规律；第3组试验模拟1：0．5坡率的土质边坡，坡侧压

7、力作用下的作用机理，以及棚洞结构抗侧压分别采用土石回填和砂土回填两种工况，对结构内的能力。试验过程中，通过在坡顶堆压荷载，从而加力和位移进行分析，并确定土质边坡合理的回填材大边坡的侧向压力，确定边坡、回填体和棚洞结构之料；第4组试验模拟1：0．75坡率的土质边坡，采用问的相互作用关系。表1棚洞结构模型试验方案试验分组边坡条件边坡坡率试验方案试验目的监测内容土石回填。试验一岩质边坡1：0．3下部采用浆砌片石回填，上部采用土石回填模拟棚洞对边坡稳坡面与回填体间的试验二岩质边坡1定的作用，同时确定接触压力、回填体

8、与：0．5采用较合理的回填材料。在不同坡率下棚洞棚洞之间的接触压土石回填。试验三土质边坡1：0．5与边坡间的合理回力、棚洞的位移、棚下部采用浆砌片石回填，上部采用土石回填。填材料。洞结构内力。试验四土质边坡1：0．75采用较合理的回填材料。系数的相似常数。4模型的制作及测试—l1J(5—3)4．1模型试验基本原理一为了使模型的强度及变形发展与实际工程相式中，为单轴极限拉应变相似常数，为单轴似，模型材料、模型形状和