某特大悬索桥隧道锚碇区岩体稳定性分析

运用三维有限差分法(FLAC-3D)对某特大桥的隧道锚碇区岩体的稳定性进行了数值模拟,分析了原始山体、施工开挖后以及在主缆荷载、塔基荷载作用下岩体的变形、应力状态以及拉应力、塑性区分布,计算了各种工况下岩体的稳定性.根据计算分析结果,对隧道锚碇区岩体稳定性进行综合评价.目前在建的大型特大型悬索桥隧道锚碇不多,加之此软硬...     

悬索桥隧道锚碇与临近构筑物相互影响分析

在综合分析运用工程地质勘察资料的基础上,建立普立特大桥隧道锚碇主塔系统及山体稳定分析的工程地质概化模型。采用三维有限差分法模拟隧道锚碇、索塔基础、上方公路隧道及周围山体,对天然岩体、岩体开挖及施加设计荷载后等各阶段岩体的变形、应力释放及应力重分布、卸荷松弛区的范围、塑性区分布特点进行计算分析,并评价各构筑物围岩各阶段的变形稳定特征、相互影响情况及可能出现的变形破坏模式。     

贵州花江北盘江大桥隧道式锚碇基础承载特性研究

以贵州六安高速花江北盘江大桥六枝侧隧道式锚碇为背景,采用数值分析的方式对隧道式锚碇基础进行承载特性研究,模拟围岩体与隧道锚间的相互作用,分析围岩体与隧道锚在缆力作用下的变形和应力,通过隧道锚变位特征、围岩体塑性区分布和锚塞体结构受力等3个方面来综合评价隧道锚基础承载力安全系数。结果表明,隧道锚在正常缆力作用下的变位值为1.5mm,随着缆力增大到4倍正常荷载时,变位值为5.9mm,在6倍~8倍设计缆力作用时隧道锚变位值由毫米级向厘米级量级变化;在6倍设计缆力作用下,围岩界面塑性区显著增加,显现出贯通的趋势,并向深部岩体延伸,在4倍设计缆力作用下,中间岩柱塑性区开始贯通,显现出纵向和横向的贯通塑性区;锚塞体在8倍设计缆力作用下最大主压应力达到13.14MPa,接近C30混凝土轴向抗压强度设计值,同时在4倍设计缆力作用下最大主拉应力达到1.27MPa,接近C30混凝土轴向抗拉强度设计值。北盘江大桥隧道式锚碇基础极限承载力建议取值为4倍设计缆力。     

悬索桥隧道锚碇系统施工期安全监测技术

通过对矮寨大桥茶洞岸隧道锚碇系统变形情况进行监测,分析了由于施工开挖、自重以及主缆荷载作用引起的隧道锚围岩变形情况,对隧道锚围岩稳定性做出了评价.监测结果表明:公路隧道开挖使隧道锚后锚室产生一定的变形,隧道锚在主缆自重荷载作用下变形较小,隧道锚在钢桁梁架设之前处于稳定状态.     

基于数值仿真的重力式锚碇承载机制研究

为了研究悬索桥重力式锚碇承载机制,并保障重力式锚碇承载安全。依托某大桥重力锚工程,在Flac3D软件平台,采用重力式锚碇三维数值加载试验,计算有无齿坎和是否回填等条件对于重力式锚碇承载性能、基底应力变化、位移发展以及塑性区发展的影响,分析齿坎和回填覆土在重力式锚碇承载过程中的作用,结果表明:平底不回填工况的极限承载力约为8P (P代表设计缆力),平底回填工况极限承载力约为12P,齿坎不回填工况极限承载力约为12P,齿坎回填工况极限承载力约为16P。齿坎能够改善锚碇的受力状态,明显提高锚碇的极限承载能力。回填不仅可以提高锚碇的承载性能,还可以有效抑制锚碇位移的发展。重力式锚碇通过齿坎和回填土的约束作用能够充分调动基础和围岩联合承载,安全性能显著提高。平底锚碇主要依靠基底摩擦承载,塑性区仅在锚碇底部发展,最终破坏模式表现为滑移失稳;齿坎锚碇在荷载初期依靠摩擦承载,随着荷载的增加,齿坎调动岩体联合承载的效应逐渐发挥,塑性区的变化表现为荷载初期塑性区在锚碇底部发展,大荷载作用下锚碇齿坎处岩体则开始逐渐进入塑性,最终破坏模式为齿坎附近岩体的剪切破坏和锚碇的倾覆破坏。     

渡槽重力式锚碇承载性能分析

根据某渡槽出口岸平衡锚碇的结构形式及其工程地质条件建立三维数值模型,研究岩体、预应力锚索和锚碇体的应力和变形的响应。结果表明:1)平衡锚碇受力范围大部分集中在锚碇体表面,传递至锚碇深部的最大主应力并不明显;2)在附加荷载作用下,锚碇整体表现为以前缘岩坎为支点,后部向上转动的变形模式,锚碇及其围岩的位移均处于毫米级别,其最大值约为13 mm,位移影响范围较小。     

绿汁江大桥非对称隧道式锚碇结构稳定性分析

绿汁江大桥为主跨780 m单塔单跨钢箱梁悬索桥,玉溪岸隧道锚处围岩条件较差且左、右幅锚地质条件存在差异,因此将左、右幅锚设计优化为非对称方案,将右幅锚前锚室与部分锚塞体底面改为弧形,右幅锚塞体长度增加5 m,锚碇中部截面突变处理。为研究优化后隧道锚及围岩的稳定性,采用简化力学模型和数值模拟软件FLAC3D分析优化后隧道锚拉拔稳定系数和围岩稳定系数,以及隧道施工对隧道锚和围岩的影响。结果表明：优化设计后,2种方法计算的隧道锚拉拔稳定系数均大于2.0,围岩稳定系数大于4.0,均满足规范要求;隧道施工对右幅锚各剖面计算点位移影响很小,右幅锚围岩未出现拉应力,围岩塑性区主要集中在边坡开挖的工作面和锚碇后锚室后方,隧道施工对隧道锚的安全影响很小。     

悬索桥隧道式复合锚碇承载特征分析

采用三维显式有限差分法(FLAC3D)对隧道式复合锚碇中岩锚、锚塞体单独作用下及整体共同作用下的承载特性进行了数值模拟试验,分析了受力体系在不同主缆拉力及不同岩锚预应力工况条件下,岩体的变形和应力响应特征。结果表明:岩锚及锚塞体单独作用下均能满足悬索桥的受力及稳定性要求,合理的岩锚初始预应力值有利于隧道式锚碇的受力分配及承力时机,岩锚和锚塞体的系统刚度匹配决定了隧道式复合锚碇的极限承载比例分配,分析结果对隧道式锚碇的设计提供了依据。     

悬索桥隧道式锚碇设计及结构性能分析

介绍了四渡河悬索桥宜昌岸隧道式锚碇的设计概况,并基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟,通过数值超载分析了隧道锚的结构性能及围岩的稳定性,为悬索桥隧道锚的设计提供了可靠依据。     

清江某特大桥隧道锚承载特性数值模拟研究

以清江某特大桥左岸隧道锚为例,在工程地质分析的基础上建立三维地质概化模型,利用不同软件实现对复杂岩体和隧道锚结构的近似网格化离散划分。采用FLAC^3D软件进行不同工况模拟,获得隧道锚的变形特征和承载能力,明确该隧道锚的潜在破坏模式为锚碇连同锚碇上部受结构面切割的岩体,在主缆拉力作用下发生沿锚碇底部岩/混凝土胶结面的整体滑移。该文采用的研究思路及相关研究成果,一方面能够为清江某特大桥隧道锚工程实践提供技术支撑,同时还有助于构建系统的隧道锚分析研究方法和评价指标体系,对后续隧道锚工程建设具有较强借鉴意义。     

独塔斜拉桥塔索锚固区空间应力分析

以某独塔斜拉桥为研究背景,建立空间有限元实体模型,研究桥塔在不同荷载工况下塔索锚固区的空间应力情况,重点研究塔索锚固区在不同荷载工况下结构受力情况和作用机理。经过对比分析,在增加环向预应力的基础上可以有效降低塔身截面拉、压应力,改善结构受力状态。     

四渡河特大桥隧道式锚碇数值模拟

采用数值模拟方法研究了悬索桥隧道式锚碇系统的力学行为特征、围岩稳定状态、锚碇变位机理和拓扑效应。就锚碇体轴线倾角、长度、夹持角、接触界面粗糙度及结合程度对锚碇位移和岩体安息稳定性的影响作了深入探讨。研究发现:夹持角控制着锚碇变位和破坏机理,夹持角过小时锚碇压密围岩土体,较大时锚碇前端附近土体则产生剪切破坏;锚碇长度影响接触面围岩应力量值,表现为非线性的自组织临界特征;锚碇体粗细对系统主要监控参数的贡献相对均匀。给出了锚碇拓扑参数的取值范围和针对性的设计措施,为悬索桥隧道式锚碇的优化设计提供了理论基础。     

围岩侧限对自膨胀锚杆性能影响效应研究

大掺量膨胀剂水泥浆作为锚固体的新型自膨胀高强预压锚固技术可显著提升锚杆抗拔力,为研究该技术在围岩侧限条件下的锚固性能,研发了模拟地应力条件下岩体锚固的装置及方法,并开展了不同围岩侧限等级、不同膨胀剂掺量条件下锚固体膨胀应力实时监测及拉拔试验,分析了膨胀应力演化规律、锚固破坏形态及抗拔力提升机理、锚杆界面力学特性及锚固系统破坏耗能规律。结果表明:①内界面应力存在随时间的损失效应,损失率随掺量呈线性递减的关系;定义了协同应力,指出内界面应力峰值与协同应力峰值存在滞后时差,并从应力传递的角度解释了其力学机制。②拉拔过程中微扩头"卡"在锚孔内并不断上移形成了该锚固体系独特的"荷载平台效应",极大提升了锚固系统的延性及破坏极限耗能值,并绘制了该效应的力学机制图;建立了自膨胀锚杆的极限抗拔力预测模型,指出初始侧限应力值对极限抗拔力呈指数式影响,表明在工程运用中侧限约束强的围岩能大幅提升锚杆极限抗拔力。③引入自膨胀影响系数λ、围岩侧限影响系数k,建立了自膨胀锚固体系的锚杆界面力学公式及能量方程,并结合算例验证了公式的可行性;得出0.7 MPa初始侧限应力条件下,ω=30%的锚固极限抗拔力较普通锚固提升了2.38倍,锚杆峰前位移量提高了1.08倍,锚固系统峰前耗能值提升了6.34倍。     

土岩复合地层大跨地铁车站地震响应特征研究

为了研究位于土岩复合地层的大跨地铁车站在地震作用下的动力响应特征,采用有限元软件建立地层-结构模型,分别用Drucker-Prager弹塑性模型和混凝土损伤破坏模型模拟岩土体和混凝土衬砌,并在数值模拟的同时输入水平和竖向地震动进行动力时程分析。基于数值计算结果,对车站结构关键点的最大和最小主应力时程、关键时刻的主应力分布状态等进行分析,结果表明:1)车站结构最大拉应力主要发生在中板腋角、边墙上部和拱底等拐角区域;2)结构破坏主要表现为受拉损伤破坏;3)结构的压应力相对较小,未出现明显的受压破坏。     

我国西南部山区隧道施工期支护结构力学行为特征案例分析

为研究我国西南部山区隧道施工期支护结构所面临的重大问题，将雅安—康定、汶川—马尔康高速公路的典型隧道作为案例，归纳总结施工期存在的高地应力、软弱围岩、断层破碎带、次生地质灾害等潜在危险源，通过现场实测数据深入分析不同危险源环境下支护结构体系的力学行为特征。研究结果表明： 1）当隧道穿越软弱围岩时，围岩强度低、自承载能力差，接触压力、钢拱架应力均显著高于普通围岩隧道，二次衬砌分摊荷载比例显著上升； 2）当隧道穿越断层破碎带时，支护结构受力需要较长时间才能稳定下来，其力学行为呈现出3阶段演化规律，前期快速降低、中期缓慢降低、后期基本稳定； 3）当隧道洞口穿越松散堆积体时，坡体稳定性易受到扰动，其支护结构力学行为具有显著的偏压特性，围岩压力主要集中在深埋侧； 4）高地应力与围岩强度联合控制着围岩稳定性与支护结构体系的力学行为，高地应力硬岩隧道也具有一定的流变时间效应，但由于硬质围岩的强度较大、稳定性较好，支护结构受力相对较小，安全储备较高； 5）高地应力软岩隧道的围岩压力与结构受力显著升高，其支护结构力学行为在施工期便呈现出明显的流变特性，开挖约200 d后，仍然保持着缓慢增长。     

偏压隧道变形破坏机理及超前预加固研究

依托九绵高速福隆隧道工程,通过建立三维山体隧道模型对偏压隧道围岩支护体系受力变形特征进行分析,并通过数值模拟与现场监测对不同超前加固方式进行对比研究。结果表明:受偏压地形影响,隧道围岩变形、塑性区分布、二衬受力等均存在非对称现象;隧道开挖时,拉应力出现在掌子面、仰拱、回填土处,塑性区分布深入掌子面后方约3 m,且掌子面的土体有向外挤出的趋势;偏压地形下,适用性较好的超前加固方式为双层注浆小导管,在有效控制围岩变形、塑性区以及二衬等受力同时具有良好的经济性;现场测得K89+317断面的拱腰收敛与拱顶、地表变形较小且收敛较快,验证了双层小导管的适用性。     

大跨度斜拉桥混凝土索塔钢锚箱空间有限元分析研究

结合国内某连岛工程大跨度斜拉桥,介绍了其索塔钢锚箱的构造特点,同时采用空间有限元方法对其混凝土索塔钢锚箱节段模型进行仿真计算分析以及结构受力分析,指出了索塔锚固区的应力分布特点。结果表明:钢锚箱虽然板件较多,但整体性能好,索力传递流畅,该结构部分区域存在一定程度的应力集中,在1.7倍设计荷载作用下,结构的承载力满足设计要求,并具有一定的安全储备。最后给出仿真计算的主要成果,研究结果对于斜拉桥索塔锚固区设计具有一定的参考作用。     

高地温隧道荷载模式及二次衬砌安全特性研究

为解决高地温隧道衬砌结构受力特性不明晰问题，以川藏线桑珠岭超高地温隧道为工程依托，采用现场试验和热-力耦合数值计算手段，研究二次衬砌在高地温环境下的力学特性和安全特性，提出高地温隧道荷载设计方法。结果表明： 高地温隧道二次衬砌施作后10 d内应力变化较大，20 d后趋于稳定；最大拉应力位于拱顶处，最大压应力出现在边墙处；高地温隧道荷载修正系数可表示为围岩初始温度的多项式关系；衬砌内外侧压应力均随围岩温度升高呈现出增大趋势，但各点增大速率存在一定的差异，拉应力值随温度呈波动增长；最小安全系数出现在拱顶，随围岩温度的升高而降低，当温度高于60 ℃时，存在被破坏的可能性；二次衬砌最大裂缝宽度位于拱顶处，随着温度升高，裂缝宽度增大。     

蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明： 1）相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2）在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3）土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4）当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。     

桩底嵌岩锚杆锚固段应力分布研究

针对基桩竖向承载力自锚法测试体系中桩底嵌岩压力型锚杆的受力特点,基于Kelvin问题的弹性位移解,并结合锚固体-岩石作用的剪胀机理,推导了压力型锚杆应力分布的弹性解.基于所获得的解答,分析了桩底嵌岩锚杆锚固段应力沿锚固长度的分布规律,并分析了各种岩土参数变化对锚固段剪应力分布的影响.结果表明:桩底嵌岩锚杆锚固段上的正应...