普立特大桥隧道锚现场模型试验研究——抗拔能力试验

 为揭示隧道锚抗拔作用机制,研究隧道锚围岩变形特征和可能的破坏模式,验证普立特大桥隧道锚的设计安全度,在普立岸的隧道锚勘探洞内,进行相似比为1∶25的隧道锚抗拔能力现场模型试验。通过不同荷载级别的弹塑性试验和流变试验,获得各级荷载下锚体与围岩的荷载传递特征、变形分布规律及流变特征。试验结果表明：锚体及围岩后表面最大变形分布曲线呈双峰形对称,前表面最大变形分布曲线为上凸形,后表面变形大于前表面变形;在8P(P为设计荷载)荷载作用下,最大变形仅为61 μm,50P荷载下最大变形为566 μm;由于围岩夹持效应,超载时锚塞体后部的应力向锚塞体前部扩散很慢,当荷载达到50P时,锚体前端应变不及后端应变的3%,混凝土锚体后部出现明显的应力集中,且部分应变不能恢复,混凝土产生了较明显的塑性变形。综合考虑到试验部位的岩体质量总体上比实际隧道锚围岩好,建议隧道锚的超载稳定系数大于8。6P荷载下没有出现流变现象,建议隧道锚的长期稳定系数大于6。     

虎跳峡金沙江大桥隧道锚现场模型试验研究

香丽高速虎跳峡金沙江大桥香格里拉岸采用隧道式锚碇,为了全面认识隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,本文依据相似原理开展了与隧道锚实际受力状态相适应的缩尺模型试验,研究了现场试验加载及测试方法,获得了各级加载荷载下的位移、应力和应变结果,试验成果表明:在9.5P荷载下,模型锚基本处于线弹性阶段,锚体和围岩变形均较小,锚体的变形以夹持围岩一起变形为主,而锚/岩接触面的错动变形很小。受夹持效应的影响,锚体后部1/3范围的围岩承受了约一半荷载,是受力的关键部位。综合承载力、变形和应力状态分析结果可知,该隧道锚稳定性较好。     

金东大桥隧道锚现场模型试验及承载能力分析

金东大桥隧道锚建在复杂岩体地层中,尚无类似的工程经验借鉴,为分析该桥隧道锚承载能力,在实体锚上游侧山体边坡开挖模型试验洞,制作相似比1∶11的隧道锚模型,采用后推法进行模型试验,包括弹塑性阶段试验、蠕变试验和满负荷的超载试验,配套进行了岩体(石)物理力学性质试验、岩体声波测试。分析结果表明:模型锚岩体性状与实体锚基本接近,模型锚围岩声波低于实体锚,模型锚地层具有较好的地质代表性;模型锚至少在8倍设计荷载作用下变形处于近似弹性阶段,在6倍设计荷载长期作用下未出现蠕变现象,推断实体锚围岩的超载稳定系数>8,长期安全稳定系数>6,成果可为类似复杂围岩的工程设计提供参考。     

泥岩隧道锚承载特性现场模型试验研究

为了研究高荷载作用下的软岩(泥岩)隧道锚的变形、破坏及长期稳定性等问题,以在建的某长江大桥为依托,分别针对泥岩隧道锚自然状态(含水率为5.36%)和浸水状态(含水率为7.39%)的情况,开展了缩尺比例为1∶30现场模型试验。研究发现:隧道式锚锭同样适用围岩为软弱围岩(泥岩)的情况,可以承受较高的拉拔荷载,采用设计荷载工作时,具有一定的安全储备,并可以满足长期稳定性要求。屈服荷载作用以后,泥岩隧道锚的破坏优先沿锚体接触面发生剪切破坏,破坏后,会引起较大范围的围岩产生大变形。高拉拔荷载作用下,含水率高的泥岩隧道锚的围岩变形较大。考虑江水位变化带来的影响,建议该长江大桥泥岩隧道锚的长期安全系数取为3.5。研究成果可为类似的工程设计、施工等提供参考。     

圆形洞室围岩破坏模式模型试验研究

 为系统研究连续介质条件下隧道围岩的破坏模式和规律,采用模型试验,针对黏性材料和砂性材料2种典型地质材料进行研究。黏性材料由重晶石、石英砂和凡士林按一定配比组成,砂性材料考虑单一石英砂材料和石英砂与重晶石混合2种形式。利用压力盒、位移计、非接触监测系统等监测隧道开挖、加载过程中围岩应力和变形情况。对黏性材料而言,在逐级加载过程中表现出先洞室两侧剪切滑移,后拱顶塌落的二次破坏模式,通过位移和应力的监测可知,随着外部荷载的增大,洞室上方塑性区范围增加,而进入塑性状态后,围岩变形速率加快。对砂性材料而言,单一石英砂材料在开挖后围岩不具有自稳能力;而采用石英砂和重晶石混合后的材料,由于颗粒级配较好,材料具有一定的自锁能力,洞室开挖后可以保持稳定,随着逐级加载,洞室顶部首先出现二次抛物线型塌落拱,然后拱脚位置向洞室两侧移动,当其发展到水平中轴线处达到稳定,此时塌落拱滑裂面与普氏拱理论类似。模型试验揭示连续介质条件下隧道围岩的破坏模式,对隧道支护参数的确定具有重要意义。     

隧道式锚碇围岩稳定性研究现状及探讨

介绍了国内对隧道式锚碇及围岩稳定性研究和应用现状,并结合重庆鹅公岩大桥实例对目前隧道式锚碇围岩稳定性的研究方法进行了总结和探讨。提出了今后的研究方向。     

隧道锚承载特性、变形破坏特征及典型案例分析

通过对国内81座悬索桥锚碇形式的统计分析,同时结合国内外研究资料,分析了目前我国隧道锚应用现状和发展趋势,总结了目前隧道锚在承载变形特征、破坏模式及抗拔力计算等方面的研究现状。介绍了课题组在软岩地层中开展的四次缩尺模型试验,验证了在软岩地层中修建隧道锚的可行性,明确了影响软岩隧道锚稳定性的关键因素。认为以下4个方向是今后研究的重点:(1)研究软岩隧道锚传力机制,探讨软岩隧道锚的破坏形态和长期稳定性;(2)针对不同的破坏模式,研究相应的加固措施;(3)掌握破坏面上应力分布状态是计算锚碇系统承载能力的关键;(4)模型试验和离散元等数值模拟相结合,研究隧道锚在主缆拉力作用下的变形-破裂-失稳演化过程。     

层状泥岩隧道锚围岩滑动破坏特性研究

为了研究层状泥岩隧道锚围岩滑动破坏的特性,通过隧道锚1∶10现场缩尺模型进行加载破坏试验,分析加载过程中模型锚系统的地表变形、深部岩体变形、地表破坏裂缝,得到了在加载破坏过程中围岩的荷载-变形曲线和破坏特征,并结合数值计算结果进行分析。研究结果表明:荷载加载到3.5P(P为设计荷载)后岩体开始进入破坏屈服阶段,出现在地表的裂缝形成倒U型破坏轮廓线,位于前锚面正上方的典型裂缝(a)贯穿整个裂缝群,从而推断出上滑移层位置,深部岩体在深度为7.67 m的位置发生较大错动,且错动的方向与锚体成约17°的夹角向前,可推断出下滑移层位置,且围岩的破坏模式是拉剪破坏,两滑移层面内围岩变形较明显且塑性破坏大部分位于这两条滑移面之间。     

软岩地基悬索桥重力式锚碇齿坎效应的试验研究与数值分析

 基于刚体计算模型,首先从理论上探讨座落在软岩地基上的悬索桥齿坎重力式锚碇的齿坎效应工作机制,得出如下结论：锚碇结构重心位置决定齿坎抗滑效应产生的方式和效果。其次,以赣州赣江大桥作为工程为例,通过现场模型试验分析不同应力水平下,锚碇各级齿坎的应力分布情况,进而研究齿坎的抗滑效应,并检验齿坎效应的上述理论成果。最后,利用FLAC3D对重力式锚碇的受力特性进行三维数值模拟,分别就有、无齿坎锚碇与软岩地基的共同作用情况,包括齿坎各接触面抗滑力分布情况进行计算分析,结果表明：齿坎的存在改变基底应力分布,减少锚碇的水平位移,大幅度地提高极限抗滑力,并最终改变锚碇破坏模式。研究表明,现场模型试验结果与数值计算分析结果是一致的。基于上述研究成果,讨论锚碇结构重心、齿坎高度、接触面以及地层参数等因素对锚碇结构齿坎效应的影响,并提出带齿坎的重力式锚碇结构的设计原则。     

单锚及群锚失效对边坡稳定性影响的模型试验研究

针对典型岩土体边坡,通过室内模拟试验,研究锚力变化或锚失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程、失稳形态以及坡面设置格子梁对锚索张力及边坡稳定性的影响等问题。群锚抑制坡体的变形效应,可使岩体均匀性、整体性加强,增加韧性和承受大变形而不破坏的能力。群锚中某一锚索锚力变化会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象,结构面压缩带同时被削弱,结构面的整体安全度降低;某一锚索的失效也会引起相邻锚索接连失效的多米洛效应,导致边坡稳定性急剧降低。坡面施加格子梁结构可调动坡面更大范围岩土体发挥自承能力,分担锚索承担的部分荷载,改善边坡的稳定性。岩坡加固设计中应注意格子梁结构强度与锚索锚固力相匹配。     

悬索桥锚碇隧道爆破开挖的围岩累积振动效应研究

 结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到围岩损伤度和松动圈范围在不同等级的爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系,以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。结果表明：锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3～6 cm/s时,最大围岩松动圈厚度约为2.3 m,围岩平均损伤度约为0.15。当测点处围岩的振动速度小于2 cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。     

广东虎门大桥东锚碇现场结构模型试验研究

介绍了广东虎门大桥东锚碇１：５０现场结构模型试验，根据试验结果探讨了锚碇结构 岩体的变形机制和可能的破坏模式，为确定锚碇结构岩体稳定性的安全系数提供了依据。根 据试验数据和资料分析，对施工和运营期间的监测提供了具体的建议。     

南京长江二桥南汊桥索梁锚固足尺模型试验研究

斜拉索与钢箱梁的锚固区是斜拉桥的关键部位,其结构和受力都相当复杂,一般的平面分析很难反映实际的应力分布.本文简要介绍了南京二桥锚箱模型试验,对锚箱及其附近腹板的应力大小和分布进行了研究,并对照有限元空间计算,得出了一些有益的结论.     

超大跨度悬索桥隧道锚承载特性的岩石力学综合研究

 针对四渡河特大桥宜昌岸隧道锚承载特性问题,采用基于岩石力学的综合研究方法,从围岩地质与力学特性、隧道锚1∶12实体模型试验及隧道锚承载特性数值分析等方面,对隧道锚与围岩岩体变形机制、时效特征及超载安全性等方面开展系统研究。结果表明,通过岩石力学试验及基于实体模型试验获得的隧道锚围岩弹塑性及流变参数符合实际;在设计水平下,隧道锚锭围岩变形在mm级水平;隧道锚极限抗拉拔力≥7.6倍设计载荷,满足锚固安全系数＞4.0的设计要求;实桥隧道锚碇的长期安全系数≥2.6。通过工程实际施工过程中的监测实施,对研究成果和结论的合理性进行验证。研究技术路线及成果可供山区类似桥梁建设借鉴。     

重庆鹅公岩大桥隧道锚碇围岩稳定性

重庆鹅公岩长江大桥设计采用悬索桥方案。东锚碇为隧道锚，布置在粉质砂岩和砂质泥岩互层岩体中，锚碇及围岩体的变形状态直接影响大桥的稳定和安全。为了了解锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及围岩极限承载能力，对围岩及锚碇进行了较全面的试验研究，包括岩体参数试验、1：12．5实地结构模型张拉试验、数值分析及灰色GM（1，1）模型预测等。研究表明：锚碇及围岩变形较小，变形处于弹性阶段；灰色GM（1,1）预测出岩体极限承载力为设计荷载的6．09～6．15倍。锚碇处于安全状态。并有足够安全储备。试验研究成果为设计提供了可靠依据。     

悬索桥隧道式锚碇系统力学行为研究

根据悬索桥隧道式锚碇系统数值模拟结果，通过现场原位相似模型试验进行验证，研究了锚碇系统的力学行为特征、变形机制及稳定状态。结果表明，在主缆张拉和运营阶段，围岩对锚碇的夹持作用是以锚碇前底板为支点来抵抗锚碇体后部向上转动和向前滑移。岩锚初始预应力、自由段长度、外部荷载量值控制着锚索及锚碇在锚碇系统中参与的荷载贡献值和作用时机。锚碇体倾角、长度、放大角、接触界面粗糙度及结合程度影响锚碇位移和系统的稳定性。     

矮寨大桥基础岩体稳定问题研究

由于各构筑物及其与高陡边坡紧邻,准确把握构筑物围岩的稳定性及其相互影响,是设计方案能否成立的关键。总结分析矮寨大桥基岩稳定的4个方面的关键问题,并介绍大桥基础岩体勘察所采用的多种手段、主要的地质缺陷、基岩稳定分析结果及施工期监测结果。开挖揭露的地质条件、稳定分析及监测结果表明,多种技术方法是全面认识岩体工程地质条件的必要手段。矮寨大桥基岩的稳定问题集中在两岸高陡边坡上,设计荷载并未引起岩体产生明显变形,各构筑物之间相互影响不明显。只要通过适当的加固措施保证边坡岩体的稳定,桥基岩体稳定性就可以得到保证。设计采用的塔梁分离式悬索桥结构,以及各构筑物的布置是可行的,研究成果支撑了结构设计上的创新。隧道锚因围岩“夹持效应”而产生强大的抗拔能力。由于国内外大型悬索桥采用隧道式锚碇不多,对隧道锚碇围岩的岩石力学问题研究还不够深入,其承载能力可能被严重低估。