隧道锚承载机制及承载力探究

隧道锚的承载性能是隧道锚设计和工程应用需要解决的基本科学问题。隧道锚是底部大、上部小、呈倒塞体形的锚体结构,这一几何特征使得荷载作用下锚-岩界面产生附加应力。为探究不同加载阶段隧道锚承载部位和承载力的差异,通过分析各阶段附加应力变化情况建立不同加载阶段隧道锚承载力的表达式,并通过某大桥隧道锚现场缩尺模型试验对所推导公式进行实例验证。发现：隧道锚的承载阶段包括初始阶段、弹性阶段和塑性阶段3部分,隧道锚的初始承载力取决于锚碇体自重,峰值承载力则与隧道锚的破坏形态、附加应力大小直接相关。某大桥隧道锚沿锚-岩界面破坏,其初始承载力为1540 MN,是设计荷载的7倍;峰值承载力为3080 MN,是设计荷载的14倍。现场缩尺试验揭露的隧道锚临界承载力和极限承载力分别为设计荷载的9倍和13倍。以上结果表明：（1）不同加载阶段,隧道锚-岩体联合承载力的部位、岩体参与抗拔的范围、夹持锚碇体的程度均不相同;（2）隧道锚承载力的阶段性由锚-岩界面附加应力的变化引起;（3）建立的承载力估值公式与现场试验吻合性较好,可用于指导隧道锚设计。