2.5.3 路基纵断面应力分析
路基填筑过程中路基纵断面(过路基中线)应力云图见图2-10~2-16。随着填筑高度的增加,路基横断面应力增长特点较明显,以下对其进行详细分析。

图2-10 填高4 m时路基及两侧山体应力云图

图2-11 填高8 m时路基及两侧山体应力云图

图2-12 填高10 m时路基及两侧山体应力云图

图2-13 填高12 m时路基及两侧山体应力云图
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图2-14 填高16 m时路基及两侧山体应力云图

图2-15 填高20 m时路基及两侧山体应力云图

图2-16 填高24 m时路基及两侧山体应力云图
(1)当路基填筑高度较低时,涵洞顶范围内应力明显大于涵洞两侧应力值,并且可以明显看到涵洞顶有两个应力尖角出现(见图2-10填高4 m时路基及两侧山体应力云图)。涵洞为混凝土材料,弹性模量大于碎石填料,涵洞刚度明显大于路基填料的刚度。在填筑过程中,涵洞与两侧填料之间产生沉降差,涵洞顶出现应力集中,并且靠近涵洞顶边缘处尤为突出,所以涵顶应力明显大于两侧填料应力值,并且在涵顶边缘出现了两个应力尖角。由云图可以看到,由此产生的应力尖角主要出现在距涵洞顶2 m范围内,并且当填高大于10 m时消失,此时涵顶两侧填料在上方路基重力荷载作用下达到了一定的密实度。
(2)从图中可以看到,当路基填筑高度大于8 m时,涵洞左侧标准段等应力线低于右侧等应力线,亦即在相等填筑高度时,涵洞左侧标准段应力值小于涵洞右侧标准段应力值,此时路基内部形成了山体-涵洞拱效应,而涵洞距离左侧山体较近,形成了偏载现象,左侧路基的重力更多的传递到了拱脚位置,故应力值较小。偏载效应过大可能出现涵台一侧的土压力过大,导致地基产生不均匀沉陷,引起涵洞出现开裂。施工时,要特别重视偏载效应的影响。
(3)由路基填筑过程云图可以看到,在路基距离涵洞顶12 m范围内时,涵洞上方应力明显大于两侧应力值,当高于12 m后,涵洞上方应力值与两侧应力值接近或相等。
(4)当路基填高大于12 m后,路基靠近山体位置的等应力线出现隆起,并且此时路基标准段应力值增长速度明显减小。此时,山体-山体拱效应开始出现,与山体-涵洞拱效应共同起作用。隆起位置即为拱效应的拱脚位置,而路基标准段处于两种拱效应影响范围内。