隧道式复合锚碇的作用机理

采用原位模型试验和有限元(ANSYS软件)数值分析,研究了悬索桥带预应力岩锚的隧道式锚碇系统的承载机理,根据施工动态过程反演确定关键参数.锚碇-围岩、岩锚-注浆体-围岩相互作用力学行为采用无厚度接触单元模拟.结果表明,岩锚初始预应力控制着锚碇体和岩锚对主缆荷载的分担和参与时机,岩锚存在最小自由段长度,以均匀分布和传递围岩应力,形成岩石锚固墙新围压效应.     

悬索桥岩锚式锚碇的承载特性研究

悬索桥岩锚锚碇系统能充分利用岩体承载能力, 但至今工程案例较少, 为了研究其承载特性和破坏模式, 以主跨为 1768m 的某公路双塔单跨吊钢箱梁悬索桥岩锚锚碇为背景, 首先建立了锚址区地质概化模型, 通过原位测试和室内试验分析得到岩体力学特性。 然后, 采用 FLAC3D 建立了锚碇系统及围岩相互作用的三维模型, 模拟分析了岩锚区围岩塑性区分布规律、 变形特征、 岩锚破坏模式。 最后, 采用楔形断裂法得到了岩锚的抗拔安全系数。 得出结论如下: (1) 岩锚锚碇系统的破坏机理为主缆拉力作用下, 锚体及周边围岩沿着破裂角发生整体拉剪复合破坏; (2) 通过超载法得到该桥岩锚锚碇围岩稳定安全系数为 7. 0; (3) 采用 “楔形断裂法” 得到岩锚锚碇的抗拔安全系数为 4. 0。     

悬索桥锚碇沉井基础工作性状研究

针对建造于软土地层中的锚碇沉井基础受力和变形情况复杂且无完善的计算理论的现状,文章以某跨江悬索桥锚碇沉井基础为工程背景,建立了三维实体有限元模型,系统地分析了锚碇沉井基础在多荷载工况下的工作性状,结果表明：锚碇沉井基础极限承载状态的主要控制因素是锚碇前端土体极限承载力,为新型锚碇沉井基础优化设计提供参考.     

某悬索桥隧道锚岩体与结构安全评估

采用ANSYS软件对某悬索桥隧道锚碇系统进行二维弹塑性数值模拟,分析隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,对锚碇与围岩间相互作用和锚碇结构安全进行了研究。     

IX度区近断层隧道衬砌断面受力特征分析

文章以达德隧道为工程背景,对近断层隧道的抗震减震断面形式进行了分析。采用荷载结构模型对圆形隧道和马蹄形隧道的二次衬砌内力进行了计算和对比。结果表明:圆形隧道断面形式的受力情况要优于马蹄形隧道断面;在高烈度区隧道断面形式结合经济性综合考虑应采用近圆形,马蹄形断面则应减小仰拱半径。     

悬索桥隧道锚原位缩尺模型蠕变试验研究

为获取雅康高速泸定大渡河特大悬索桥实桥隧道锚蠕变变形规律,根据相似理论,开展隧道锚1∶10原位缩尺模型蠕变试验;利用气液式加载系统进行模型锚分级加载试验,分析模型锚、围岩和界面错动在1.00P （P为缩尺模型单根设计拉力）、3.50P、7.00P荷载下的蠕变全过程规律;采用FLAC3D进行锚碇与围岩体蠕变的三维黏弹塑性仿真分析,进行模拟值与实测值对比分析. 试验结果表明:在1.00P、3.50P、7.00P荷载作用下,锚体最大蠕变量分别为0.62、0.97、1.58 mm,围岩最大蠕变量分别为0.49、0.85、1.38 mm,锚体与围岩错动最大蠕变量分别为0.15、0.64、1.43 mm;锚碇和围岩实测蠕变变形量与计算值在量值上相当,蠕变趋势基本相同;雅康高速特大悬索桥隧道锚和围岩在各级荷载作用下属于稳定型蠕变,正常设计荷载下,锚碇蠕变不会影响悬索桥的长期稳定性.      

悬索桥隧道式锚碇侧摩阻力近似解析算法

为了解析计算悬索桥隧道式锚碇的侧摩阻力,基于弹性理论,并考虑锚碇前、后锚端边界条件,建立了锚碇侧摩阻力的计算表达式。首先,根据实际锚碇受力情况建立了锚碇分析模型;其次,在Mindlin解的剪应力一般表达式基础上,引入锚碇前、后锚端剪应力为0的条件以及锚碇的静力平衡条件予以修正,得到锚碇侧摩阻力的解析式;最后,引用模型试验结果验证了解析方法的合理性,并结合工程实例进一步揭示了锚碇侧摩阻力的分布规律. 研究结果表明:锚碇摩阻应力沿轴向呈单峰曲线分布模式,解析计算与三维数值模拟的最大摩阻应力平均误差约为8.5%;当主缆拉力较小（1倍设计缆力）时,锚碇自重可导致较小的侧摩阻力;当主缆拉力较大（3.5倍设计缆力）时,锚碇自重对侧摩阻力影响相对减弱;随着主缆拉力逐渐增大,锚碇侧表面可能出现局部剪切破坏,侧摩阻力将产生重分布.      

太行山隧道膏溶角砾岩地段合理断面型式研究

石太客运专线太行山隧道膏溶角砾岩地层,围岩松动压力和膨胀压力大。对圆形、马蹄形、椭圆形三种断面型式进行计算、分析对比,提出膏溶角砾岩地层区段隧道的合理断面型式。     

破碎岩体深埋隧洞锚承载特性现场试验研究

为了研究破碎岩体深埋隧洞锚承载特性,以泸定大渡河特大桥为工程背景,根据原位试验获得的混凝土与岩体接触面峰值抗剪强度参数计算锚塞体抗拔安全系数;介绍了1∶10现场原型缩尺试验成果,研究了模型锚极限荷载和强度特性;最后对隧洞锚稳定性作出了整体评价,并提出了工程施工建议.研究结果表明:锚塞体抗拔安全系数为3.48,满足规范规定的稳定性要求;模型锚极限荷载为7.80P （P为设计荷载）,模型锚碇系统屈服载荷的特征点为5.25P.      

悬索桥重力式锚碇结构-地基联合承载机制

基于普宣高速公路宣威岸重力式锚碇工程,设计了不回填无预应力、不回填有预应力和回填有预应力3种计算工况,利用数值仿真试验分析了重力式锚碇和地基的力学机制和破坏模式。承载机制表明:8倍设计荷载之前没有塑性变形,为弹性工作状态,最大变形在锚岩界面,摩擦效应居主导,基底拉应力区可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于稳定可控状态;12倍设计荷载之后塑性区逐步扩展,达到20倍设计荷载时全部贯通,基底塑性变形明显,锚碇结构变形显著,基底夹持岩体剪切破坏,夹持效应居主导,基底拉应力区不可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于不可控状态;锚碇施加的预应力只在结构-岩基协调变形之前起作用,之后影响不大;回填可以极大地改善基底应力状态与结构扭转变形、抗滑移和抗倾覆稳定性,可在容许变形范围内适当考虑增强效应。可见,重力式锚碇结构-地基协调变形与联合承载机制,表现为摩擦效应、夹持效应和回填效应的综合作用。监测结果显示:通过基底拉应力和压应力监控结构与地基接触面安全性,监测值小于地基容许承载力3MPa;通过基底变位和地基深部水平位移监控结构抗滑移稳定性,实际工程监测值小于1mm;通过角点不均匀沉降监控锚碇抗倾覆稳定性,倾斜值小于0.006;通过大体积混凝土温控监测可知,内部最高温度小于60℃,进出水温差小于15℃,内表温差小于20℃,峰后降温速率小于3℃·d~(-1);锚束锁固荷载监测变化幅值不超过设计值的5%。     

双侧壁导坑与 CD 法对超大断面隧道开挖影响分析

随着高等级公路的大量建设,超大断面隧道不断涌现。目前对超大断面隧道力学性质与支护结构机理及其施工方法的研究仍然不足。以郑州市中原路西延线韩门超大断面隧道为工程依托,采用有限元分析方法,对超大断面隧道开挖过程进行有限元模拟,揭示双侧壁导坑法与CD法开挖方式下隧道围岩的变形规律、应力分布特征等,为超大断面隧道设计和施工提供理论依据,并通过现场监测予以验证。揭示大断面隧道开挖变形机理,优化施工技术,以指导超大断面隧道设计和施工。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

大断面黄土隧道基底围岩压力研究

黄土隧道基底区域围岩压力确定直接关系到隧道基底承载力是否满足结构稳定及运营安全的要求。以客专浅埋黄土双线大断面隧道为研究对象,分别采用普氏理论、太沙基理论、谢家烋理论、比尔鲍曼理论、卡柯公式、全土柱法、岩柱法、规范推荐方法、有限元法与实测值进行对比分析,推荐大断面黄土浅埋隧道采用太沙基理论与有限元方法相结合的方法计算确定基底围岩压力。     

矮寨悬索桥茶洞岸构筑物围岩及山体稳定性研究

调查分析了矮寨特大悬索桥茶洞岸岩体施工期间所暴露的地质缺陷及稳定问题;采用三维数值分析方法,计算了在岩体开挖后、施加主缆荷载后等工况下,隧道锚、索塔基础与公路隧道围岩及山体的稳定性,及构筑物相互影响;提出了工程支护的措施.研究结果表明:岩体稳定问题主要集中在桥台边坡上,施加工程设计荷载不会对岩体稳定造成明显影响,构筑物...     

基于收敛约束原理的大断面黄土隧道围岩与初支稳定性分析

黄土特殊的工程性质决定了黄土隧道结构的受力复杂性．大断面黄土隧道由于开挖断面大,开挖方法一般采用台阶法或交叉中隔壁法（CRD）．因此,沿用传统的观测点布置方法进行测点布置和位移观测,存在一定的困难．收敛约束法应用方便,思路明确．用收敛约束法对隧道初期支护进行稳定性分析,不仅能正确地反映隧道施工中的各种力学现象和过程,还能弄清楚围岩与支护“相互作用”和“动态作用”的特点．本文基于收敛约束原理,结合现场实测数据,对兰渝高铁某大断面黄土隧道的围岩稳定性和初支的安全性进行评价．为隧道的后续施工．提供参考．     

层次分析法在隧道断面多目标优化中的应用

利用有限差分软件对不同矢跨比的隧道开挖后的应力分布、应力集中、洞周位移、拱顶下沉和塑性区面积进行数值模拟分析。运用层次分析法,对影响隧道断面的各因素进行分析和调整,建立层次关系,构造阶层结构,给出层次分析法的算法流程,应用于四个不同矢跨比的隧道断面,以开挖面积、洞周水平收敛位移、拱顶下沉位移量、开挖后围岩塑性区面积和应力集中系数为指标,在满足隧道建筑限界的前提下,选择最优断面形状。     

哈达铺隧道Ⅵ级围岩浅埋段施工技术

哈达铺隧道下穿铁匠沟浅埋段软塑淤泥质黏土为Ⅵ级围岩,承载力低,在施工扰动后很难形成稳定受力圈,施工难度大。地表做排水沟对地表水引流,防止渗入隧道内。采用地表注浆加固隧道范围内围岩,增强其自稳能力,高压喷射注浆将浆液注入松软的岩土,胶结后形成一个强度较高的新岩土体,隔离了淤泥物,提高了隧道基底承载力,使原来软弱层得到良好的加固,有效控制了隧道变形及地表沉降,满足了施工需要。     

大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法

依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数.分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期...     

钢-混凝土双面组合梁极限承载力计算方法研究

提出用简化计算方法、截面全过程分析和结构有限元分析等三种方法对双面组合连续梁极限抗弯承载力进行分析研究；以某一试验梁为例，对三种不同方法计算得到的承载力进行了比较分析，总结了各种方法的适用性，对双面组合梁的设计和研究有一定参考价值。