1.4 主要研究工作
1.4.1 主要内容
目前日益增多的高填土涵洞工程没有相应适用的理论指导，导致在实际设计中由于不正确的土压力计算公式而出现各种病害。高填土涵洞垂直土压力计算过大，造成涵洞结构设计不经济，土压力数值过小导致涵洞施工或运营期间出现各种破坏病害。针对以上问题，本书主要进行以下几方面研究。
（1）相似材料涵洞模型制作。高填土涵洞模型试验的涵洞模型采用相似材料制作。相似材料通过对比试验选用砂、石膏和硅藻土的混合物。在基于相似定理、量纲分析法推出的相似指标指导下，决定相似材料配比是否符合要求。用相似材料制成拱涵和盖板涵两种涵洞结构形式，以便研究涵洞结构受力状态。
（2）高填土涵洞模型试验研究。设计制作模型试验箱，在涵洞模型上逐层填土加载模拟实际施工过程。相似材料制成的拱涵、盖板涵上布置应变片，测试随其上部填土高度的增加自身结构应力场的变化，得出涵洞自身结构的应力分布；在填土的不同标高处埋设土压力计，测试埋设涵洞的周围土体（包括涵洞顶部、侧面填土和地基土层）应力场变化，得出其分布；探讨涵洞初期病害原因；在填土的不同位置埋设沉降标志，测试随填土高度的增加涵洞顶部、底部土体的沉降变形，得出其位移场变化情况，总结出土压力与沉降变形的联系。
（3）高填土涵洞现场试验研究。依托实际工程，选取两处高填土涵洞完成现场试验研究。涵洞结构形式分别为拱涵和盖板涵，完成监测方案制定、监测仪器的布设和监测数据采集。根据实测数据分析涵洞顶部、侧面土压力与填土高度的关系，对模型试验和数值模拟结果进行验证。
（4）考虑多种影响因素的有限元数值模拟研究。考虑涵洞埋设的地形条件、填土特性、地基处理方式的不同和涵洞结构形式等因素对高填土涵洞土压力的影响，设计出20组数值模拟方案。总结出影响土压力分布的主要因素，为建立高填土土压力公式提供参考。
（5）不同地基形式下的高填土涵洞土压力计算理论研究。由模型试验数据和数值模拟结果得出在附加应力和土拱效应共同作用下的高填土涵洞土压力分布规律，并分别建立刚性和柔性两种地基形式，进而得出对应的高填土涵洞土压力计算公式。公式以填土高度h0为分界，建立刚度差异引起的附加应力作用和土拱效应作用的两个阶段土压力公式。与模型试验实测的数据、其他九种规范公式对比验证，发现本书的计算公式符合土压力分布。
（6）自适应遗传算法神经网络（AGA-BP）智能系统对涵洞变形（应力）的预测研究。将实测数据和考虑地基处理方式，填土材料及涵洞结构形式的定性数据组成样本，利用神经网络强大的非线性映射能力，对涵洞自身结构应力进行预测。提出自适应的交叉、变异概率公式，适应度函数确定为BP累计预测误差标准差并作为网络训练的判定标准，可以有效地防止神经网络的“过训练”问题。基于matlab工程软件为平台，自行编制自适应遗传算法神经网络智能系统，并对网络结构进行不断地优化，得到全局意义的最优神经网络结构。该结构的预测结果与实测结果对比表明该系统是可行的。