隧道式锚碇在碎裂岩体中成洞及承载特性数值模拟

与重力式锚碇相比,隧道式锚碇更为经济、环保,在峡谷地区悬索桥建设中具有广阔的应用前景。我国西南地区某在建铁路大跨度悬索桥隧道式锚碇在IV—V级工程岩体中承担4.3×10⁵ kN的超大主缆荷载,通过三维数值模拟方法对该隧道式锚碇的成洞特性、主缆荷载及超载作用下的围岩响应特征进行研究。结果表明:按设计支护措施,碎裂岩体在锚洞开挖后处于轻微挤压变形状态。主缆荷载作用下,锚碇周边围岩主要表现为弹性变形,锚塞体的位移增量属毫米级,围岩变形受地层岩性影响显著,锚塞体周边围岩位移梯度较大,主缆荷载的扩散范围有限;超载作用下,锚塞体围岩塑性区由后锚面逐步沿着锚塞体周边围岩向中前部发展,其最终破坏模式为锚岩接触周边围岩的剪切破坏。隧道式锚碇在围级基本质量较差的碎裂岩体中同样具有很强的适应性。     

金安金沙江悬索桥隧道式锚碇变形破坏机制研究

隧道式锚碇的变形破坏机制涉及到结构与围岩的协同作用问题。以华丽高速公路金安金沙江悬索桥两岸隧道锚变形破坏机制为研究对象,利用工程类比法评价了其稳定性控制要素,设计了超载数值试验。根据塑性区的扩展过程确定了施工安全监测和需要采取预加固的重点部位,确定了隧道锚围岩的破坏模式。根据锚面监测点位移由mm到cm量级突变确定的两岸锚岩系统极限荷载均为6~8倍设计缆力,则锚岩系统的设计承载力取3倍设计缆力下变形安全是有保障的。丽江岸塑性区在10 P下贯通;华坪岸塑性区在14 P下贯通。设计缆力作用下,丽江岸锚碇最大位移1.5 mm、围岩1.2 mm、地表0.5 mm;华坪岸锚碇最大位移1.7 mm、围岩1.5 mm、地表0.7 mm,其响应顺序为后锚面监测点前锚面监测点锚碇中间岩体地表点,可作为后期结构及围岩安全监测布点和预警的参考,也证明当前设计缆力下变形和强度均是安全的。     

矮寨悬索桥隧道锚碇稳定性数值分析

通过三维显式有限差分计算,对矮寨大桥C线方案吉首岸隧道锚碇系统进行了数值模拟,分析了由于施工开挖引起的锚碇、塔基和公路隧洞围岩位移和应力变化,计算了在设计荷载P作用下锚碇结构体系围岩的变形和应力响应;在此基础上,对C线方案锚碇体系的围岩稳定性作出评价.计算分析表明:锚碇、塔基和公路隧道处于浅地表且布置较集中,相互影响显著;虽然开挖引起的围岩变形大部分小于1 mm,但是由于锚碇后部与下部公路隧道间岩柱较薄导致出现拉应力集中和较大面积的塑性区;在设计荷载作用下,该处的塑性区进一步扩大;在3P超载情况下,锚碇后部至公路隧道顶拱的塑性区贯通,对锚碇的长期承载有较大威胁,且引起下方公路隧道顶拱岩体的稳定性严重恶化而难以自稳.     

秀山大桥重力锚支墩基础及锚块荷载分担比研究

秀山大桥重力锚支墩基础与锚块各自分开,地基与基础荷载分担比较为复杂,为研究锚碇系统各部位承载分担比和失稳模式,依托秀山大桥重力锚,建立锚碇、支墩桩基与地基相互作用的三维有限差分模型,以0.5P(P为缆索拉拔设计荷载,P=132 MN)为递增荷载进行极限加载模拟研究。结果表明:在(1~2)P时,锚块底板、锚块前端岩体、支墩基础、锚块侧边承担水平荷载平均占比为64%,23%,6%,7%;缆索荷载达到2.5P时,锚-岩接触面不均匀剪力引起锚块底部岩体拉伸破坏;支墩桩基达到极限承载力时的缆索荷载为3.5P,其破坏形式近似于单轴压缩破坏;随着荷载继续增大,锚块底板接触面逐渐张开,其承担水平荷载向锚前端岩体转移。研究成果为重力式锚碇的结构设计、地基加固及极限承载力分析提供了参考。     

四渡河特大悬索桥隧道锚模型拉拔试验研究

介绍了四渡河特大悬索桥隧道锚碇1∶12现场模型试验,根据试验结果研究了锚碇周边岩体的时效变形形态及应变分布特征,得到了隧道锚碇的长期安全系数及瞬时极限承载力。测试结果为下一步开展的数值理论分析提供依据。     

考虑岩体流变的隧道锚长期稳定性研究

岩体流变是隧道锚长期稳定性研究重点之一。以FLAC3D软件中CVISC流变模型为理论基础,通过单轴压缩流变试验及接触面长期抗剪强度试验获得与岩体流变相关的力学参数,并将CVISC模型和获得的参数融入依托工程数值仿真模型,进行长期稳定性分析。分析结果显示:隧道锚在1倍设计主缆力施加后100a内,锚塞体、围岩及锚塞体与围岩接触面长期变形小,较符合工程设计安全要求。上述研究思路与结果可为类似工程研究提供参考。     

重庆长江特大悬索桥隧道锚碇区岩体稳定分析

运用三维有限差分法(FLAC-3D)对重庆鱼嘴长江特大桥的隧道锚碇区岩体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,加之此软硬岩互层区建隧道锚的工程实例非常少见,因此进行该隧道锚碇区岩体的稳定性分析,具有一定的工程实用价值和推广借鉴价值。     

瓯江北口大桥加劲梁吊装对南锚碇沉井力学性能影响研究

瓯江北口大桥主桥为三塔四跨连续双层钢桁梁悬索桥,南锚碇基础规格为(70×63)m的矩形沉井基础。为研究锚碇沉井施工以及主桥加劲梁架设过程中主缆拉力变化对南锚碇的力学性能影响,利用有限元软件Midas GTS建立锚碇沉井-地基实体模型并结合现场实测数据对锚碇沉井的变形与受力状态、地基土应力状态及变形进行对比分析。结果表明：锚碇自重及主缆拉力作用下沉井基础变位包括沉降、水平位移和整体转动3种情况,主要以沉降变形为主;不同主缆架设进度下,锚碇应力满足要求。受锚碇变位影响,沉井基础井壁与地基土均存在明显的应力变化趋势;数值模拟结果与实测数据较为接近,为后续南引桥第一联的的顶升工作起到了一定的指导作用。     

关于地下洞室围岩稳定性问题的思考

围岩卸荷区原处于三维应力状态,洞室开挖,导致围岩卸荷、岩面围压降低和应力重分布,使围岩产生变形乃至失稳。围岩变形同地应力以及围岩自身的力学性能有关,还受到岩体结构面、应力集中以及洞室布置等方面的影响。岩体变形的本构关系、支护与围岩的互动机制相当复杂,要从原型测试、仿真分析、动态设计等方面进行深入探索。     

水利部岩土力学与工程重点实验室获一项国家发明专利

正近日,长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室研发的"悬索桥岩体与钢筋混凝土板复合式锚碇的施工方法"获得中华人民共和国国家知识产权局颁发的发明专利证书。目前悬索桥锚碇型式有重力式锚、隧道式锚、重力锚(隧道锚)+锚索的复合式锚碇。重力式锚碇在土体及软弱岩体地基中使用,依靠自重与地基之间的摩擦力来抵抗主缆的拉力,土石方开挖及混     

软岩隧道锚变形破坏机理缩尺模型试验研究

为了研究软岩中隧道锚变形破坏机理及破坏模式,通过对隧道锚现场1∶10缩尺模型进行超载破坏试验,对加载过程中锚体模型的外观变形、内观变形、钻孔测斜以及破坏裂缝进行分析,获得了锚体模型在推力作用下载荷-变形全过程曲线以及变形破坏特征,并结合数值模拟的超载试验结果进行了综合分析。研究成果表明锚体模型变形破坏全过程类似于软岩载荷试验变形破坏3个阶段;锚塞体底部与岩体接触面部位受拉剪破坏形成破坏底边界,锚塞体上方岩体受锚塞体向上挤压形成纵向拉裂缝以及与锚塞体成约45°夹角的剪裂缝。隧道锚极限承载能力主要取决于锚塞体底界面以及上部岩体抗拉能力和抗剪能力。     

普立特大桥隧道锚碇区岩体工程地质特性研究

在建的普宣高速普立特大桥为主跨628 m的悬索桥,其一侧采用隧道锚碇。隧道锚碇区岩体主要存在的工程地质问题是岩体卸荷与岩溶问题。开挖了长120 m的探洞,并在探洞内开展现场岩石力学试验、声波测试和地质描述,获得了岩体物理力学参数与岩体基本质量分级情况。在此基础上,分析了岩体卸荷与岩溶随高程变化和埋深发育的规律。针对岩溶地区建设隧道锚碇可能存在的工程地质问题,探索了一条采用地表地质调查、地质测绘、钻探、洞探、坑槽探、钻孔弹性波测试、勘探斜洞、原位试验钻孔等多种勘探方法的综合勘探技术与分析方法,为隧道锚设计与稳定分析提供了基本依据,可在类似工程中推广。     

关山特长隧道高地应力下硬岩大变形规律研究

高地应力下隧道的围岩变形是岩体力学的关键问题之一,甘肃关山隧道埋深较大,在穿越高地应力区域时极易出现围岩失稳、塌方及支护结构大变形等现象。选取隧道典型试验段,通过数值计算及数据监测,对其大变形规律和防控技术进行了研究,进而得到了隧道围岩的变形和应力分布规律。根据分析结果,建议隧道衬砌施工时采用柔性支护的理念进行设计,优化边墙曲率,加大预留变形量,采取径向注浆加固及降低扰动。实践表明,一系列防控措施有效控制了围岩变形,降低了隧道施工风险,可为以后类似工程的设计和施工提供实践借鉴。     

软岩隧洞喷锚支护特牲分析

提出第三系软岩隧洞施工时要尽量避免围岩受到水的浸泡作用，需采取及时而有效的支护措施，避免围岩过度松驰产生破坏、隧洞断面宜采用曲线形状．认为：在特定条件下，应用喷锚支护作为永久衬砌是可能的，若围岩含水量增加则喷锚支护只有在一定条件下才可以应用；采用控制爆破全断面开挖，减少对围岩的扰动是保持岩体自承能力及稳定性的最经济方法；喷锚支护紧跟掌子面是抑制变形的有效手段；喷锚支护按照初期与后期两期进行；设置仰拱并及早进行封闭，保持喷锚支护整体性．强化施工质量控制，加强施工监控量测。     

隧道围岩大变形评价的改进云模型及其应用

针对隧道围岩大变形评价的不确定性和随机性问题,基于改进的云模型理论,建立了隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法,该方法运用云理论中的云雾化条件将大变形指标权重进行融合,进而得到综合评价指标权重,并用正态云替代传统模型中的特征值,计算云相关度和评价指标权重,最后通过综合云计算获得隧道围岩大变形评价结果。将此方法应用于西藏米拉山隧道围岩大变形评价,其结果为Ⅳ级大变形,与实际结果一致,表明隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法合理可行,可应用于隧道围岩大变形的评价。     

人工神经网络在引水隧洞变形监测中的应用

针对引水隧洞围岩变形受地质、施工等因素综合影响的特点，引入人工神经网络理论，建立了隧洞收敛测值终值预测的BP网络模型。该模型将隧洞围岩的5个物性参数容重、弹性模量、泊松比、粘结力、内摩擦角作为BP网络的输入向量，将最终收敛位移作为网络输出向量。应用Matlab进行BP网络设计和程序编制。实例分析表明，利用所建立的BP网络模型进行围岩收敛变形预测。结果合理可行。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。