基于虚功原理的悬索桥隧道式锚碇边坡稳定性分析

本文基于虚功原理,结合工程地质勘察资料,在岩层层面和不利结构面组合切割下,由于锚碇工程荷载作用,研究坝陵河大桥西岸隧道式锚碇边坡的整体稳定性。本文的力学分析模型采用多个块体破坏机构的分析方法,假定块体的底面和侧面均达到了极限平衡状态,安全系数可通过功能平衡的虚功原理表达式来求解。功能平衡方程中仅有安全系数一个未知数,条块底部和界面上的法向压力和切向摩擦力并不出现,求解大为简化。     

铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究

悬索桥锚碇分为隧道式锚碇和重力式锚碇,采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件,工程量相对重力锚小,性价比高且对周边环境扰动小。然而,隧道锚尚未形成相对完整的定量设计方法,其设计和施工主要依靠工程经验。结合我国首座铁路悬索桥隧道式锚碇工程,总结分析了隧道锚的4种破坏模式,即锚碇体侧壁界面破坏、倒圆锥台破坏、边坡整体滑移及锚碇体压缩破坏;建立了隧道锚典型破坏模式的计算模型,并基于极限平衡理论推导出相应的承载力计算公式;使用有限元法对关键设计参数进行敏感性分析;给出了隧道锚设计计算操作流程及方法,并针对依托工程给出了一个较为完整的设计范例。研究成果对铁路悬索桥隧道式锚碇设计具有指导意义。     

坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体长度方案比选的数值模拟研究

锚碇基础是悬索桥的关键受力部位,它的总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性.当悬索桥设计桥面宽度一定时,若采用的隧道式锚碇截面变化情况下,锚塞体长度的确定除了与设计主缆缆力的数值大小有关外,还应考虑如何充分利用锚塞体围岩的力学性能.本文通过拟建的坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体长度方案比选的数值模拟研究,获得锚塞体合理经济的长度,以供设计参考.     

悬索桥重力式锚碇结构变位规律研究

采用室内相似模型试验和数值模拟方法,对某悬索桥重力式锚碇变位问题进行了研究。相似模型的几何相似常数为1:100,体积力相似常数为1:1.325。数值模拟取相似模型试验条件,土体服从摩尔-库仑准则,锚碇和围护结构视作弹性体,选用模型试验相似材料实际参数。研究表明,软土中锚碇结构的变位随锚拉力变化的规律为：在锚拉力作用下,锚碇不仅向前水平位移,而且产生前端下沉、后端隆起的刚体转动,变位随锚拉力的增加呈非线性增大。锚碇基础下部地基加固、锚碇基坑围护结构以及锚碇周围土体对提高锚碇稳定性具有积极作用。     

悬索桥隧道锚承载能力和变形特征研究综述

隧道锚作为悬索桥相对新型的锚固形式,对其理论和实践认知都还比较欠缺。首先从抗拔承载安全和锚碇变形控制两方面归纳了当前隧道锚工程普遍采用的安全控制指标;然后分别总结了隧道锚承载能力和变形特征的研究方法;对项目团队20年来针对10余个隧道锚工程所开展的专题研究成果进行总结,得出目前已建和在建隧道锚在主缆数万吨级荷载下的变形普遍为mm级、隧道锚的超载稳定性系数普遍大于7的结论,说明目前已建和在建隧道锚存在较大安全裕度,隧道锚设计还存在一定优化空间;同时指出目前规范建议的隧道锚变形控制标准是基于桥梁结构提出的,没有考虑锚体自身及围岩等材料对变形的限制要求;总结出隧道锚承载能力主要是锚体混凝土及围岩系统的承载能力,没有考虑钢绞线材料强度等其他可能控制锚碇系统承载能力的因素。研究结论具有其特定条件和适用范围,后续对隧道锚系统的承载机制等科学问题还有待进一步研究。     

悬索桥隧道式锚碇夹持效应的试验研究

隧道式锚碇的夹持效应机制及其破坏形态的研究尚不充分,不利于隧道式锚碇设计理论的优化。通过开展锚碇的二维室内模型试验,分析了锚碇和岩体联合承载的过程、机制及锚碇自岩体内拔出时的破坏形态,并针对锚碇的楔形角和埋深等几何要素对锚碇的承载力和破坏特征的影响做了简单分析,在一定程度上揭示了隧道式锚碇夹持效应的本质。所得结论主要有:(1)锚碇加速非线性移动挤压土体产生附加应力,激发夹持效应发挥抗力作用,调动周围岩土体联合承载。(2)隧道式锚碇的承载力由自重效应和夹持效应组成,自重效应不足以平衡主缆荷载时,夹持效应才发挥作用。从经济和安全角度,应对锚碇的体型进行合理设计,使得夹持效应得到有效发挥。(3)锚碇的楔形角影响锚碇的极限承载力,设计时应通过优化分析确定优势角。(4)锚碇的埋深越大,承载力越大,两者基本成线性关系。在实际工程中应把握施工难易性、经济性及承载力之间的关系综合确定埋深。(5)锚碇裂纹的产生和发展与锚碇及岩体的应力位移响应具有相关性。锚碇与土体相对静止时无裂纹产生,破坏形态基本形成的时间与锚碇加速非线性位移阶段相对应。     

云南龙江特大悬索桥锚碇稳定性分析

重力式是悬索桥安全的关键结构之一,其支墩的偏移量对悬索桥的稳定性至关重要。拟建的云南龙江特大悬索桥保山岸地层复杂,岩性软弱,地基土力学参数较低。在工程设计中,需预测在施工运行过程中的锚碇支墩偏移量,以合理确定地基是否需要加固处理以及设定加固参数。为此,本文利用FLAC3D按照锚碇基坑开挖、锚碇主体施工、回填及二期构件完成、主缆索连接的施工步骤,依次建立较为精细的数值模型来模拟实际工况。数值分析结果表明:云南龙江特大斜拉桥锚碇保山岸锚碇支墩在回填压重和最大缆力工况下的水平偏移量小于5cm,在允许范围15cm内,锚碇基坑底部沉降量顺桥轴线方向自锚后到锚前逐渐减少,但梯度不大,锚碇略微后倾0.05,不会发生倾倒翻转,也不需对地基加固。数值计算中发现,岩土参数的取值对计算结果影响有较大影响,为此,作者对变形模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、密度等5个参数进行了敏感性分析。结果表明,在研究区的岩土参数取值范围内,变形模量E敏感度较大,在工程勘察中通过足够的试验合理地确定其值十分重要。     

铁路悬索桥隧道式锚碇设计计算方法研究

悬索桥锚碇分为隧道式锚碇和重力式锚碇,采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件,工程量相对重力锚小,性价比高且对周边环境扰动小。然而,隧道锚尚未形成相对完整的定量设计方法,其设计和施工主要依靠工程经验。结合我国首座铁路悬索桥隧道式锚碇工程,总结分析了隧道锚的四种破坏模式,即锚碇体侧壁界面破坏,倒圆锥台破坏、边坡整体滑移及锚碇体压缩破坏;建立了隧道锚典型破坏模式的计算模型,并基于极限平衡理论推导出相应的承载力计算公式;使用有限元法对关键设计参数进行敏感性分析;给出了隧道锚设计计算操作流程及方法,并针对依托工程给出了一个较为完整的设计范例。研究成果对铁路悬索桥隧道式锚碇设计具有指导意义。     

西江特大桥岩锚锚碇的承载特性研究

针对西江特大桥广州岸岩锚锚碇系统的承载稳定性问题,采用工程地质勘察、室内及现场原位岩石力学特性试验、钻孔摄像及声波测试等手段,获取承载边坡的岩体地质力学特性,并建立边坡地质力学模型,同时进行现场拉锚试验验证预应力锚索设计的可靠性。采用三维数值模拟方法研究锚碇系统在施加预应力和承担外荷载两种情况下,边坡岩体的稳定性和锚碇群锚中不同位置的预应力锚索锚固力的分布特征。研究表明,在桥梁施工荷载的拉拔作用下,广州岸锚碇边坡整体稳定,坡表变形为毫米级;锚索锚固力呈不均匀分布形态,主要集中在锚固段前2 m范围内,最大值出现在锚固段端头;锚碇群锚的锚固力应力集中程度由大到小依次是角锚、边锚、中间锚。超载试验表明,整个锚碇系统的极限抗拔力不小于8倍设计荷载。锚索现场监测数值显示,锚碇承载期间锚索索力基本稳定,中间锚的索力小于角锚。研究方法及成果可供类似的桥梁及抗倾拔工程中的岩锚锚碇设计及安全评价借鉴。     

大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究

冻结围护是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,将天然土层变成冻土作为围护挡土止水的新技术。依据冻结基本原理,在大型锚碇深基础中采用排桩内支撑结构并结合冻结帷幕止水是一种新的基坑围护形式,含水土层冻结后形成的冻结帷幕具有良好的封水性能,冻土墙刚度和强度较原土层有很大的提高且质量易于控制。相对于常规围护工程,冻结围护结构的冻胀力学特性复杂且研究资料贫乏,因此,其力学性状的研究将进一步完善冻结围护技术理论,保障基础工程顺利安全进行。通过对锚碇基础围护工程冻结帷幕温度场-应力场耦合的三维非线性数值模拟分析研究,得到冻结围护工程中冻结帷幕的冻胀力学性状特征,结合大型锚碇基础冻结围护工程实例的现场测试成果分析,验证数值模拟分析方法结果的合理性以及冻结围护技术的可靠性,研究成果将为今后冻结围护技术的工程推广应用提供理论基础。     

下穿高速公路浅埋大跨度黄土隧道施工措施研究

依托郑西客运专线阌乡隧道,开展浅埋大跨黄土隧道优化施工研究。对隧道进入下穿高速公路前的地表沉降,拱顶下沉及初支钢架应力进行现场监测,结果表明,土体沉降及初支应力不能得到有效控制,现有的施工方案无法满足下穿段施工安全要求,需要及时对其调整;经综合分析,提出了减小开挖面积、侧导多台阶开挖、预留核心土、快速封闭及加强初期支护等一系列优化措施,并采用数值计算软件FLAC3D验证其安全性和可靠性。通过现场实施及监测结果的反馈,证明优化措施效果明显,保障了阌乡隧道顺利下穿连霍高速公路。研究成果为类似施工中采取相应措施控制土体沉降、保护周边建筑设施的安全使用提供了依据     

基于简化力学模型的隧道锚极限承载力估值公式

悬索桥隧道式锚碇的设计理念为锚碇夹持岩体协同承载,因而承载能力远超同体积的重力式锚碇。但因目前对围岩协同作用认识尚不充分,在当前隧道式锚碇设计中仍保守地忽略锚碇和岩体间的挤压效应。为弄清锚碇-岩体协同承载的机制,揭示隧道锚承载能力提高的本质,通过分析隧道式锚碇建设至成桥全过程受力,建立隧道锚的简化力学模型,并引用Mindlin应力解分析了荷载沿锚碇轴向的传递规律以及荷载产生的作用于锚碇-岩体间的挤压应力分布,最终给出了隧道式锚碇极限承载力的简化估算方法,并通过伍家岗大桥隧道锚工程实例分析了结果的合理性。所得结论主要有:锚碇-岩体界面力主要由锚碇自重和锚碇-岩体相互挤压产生;锚碇-岩体界面附加应力自后锚面向前锚面呈先增后减的变化趋势,在距后锚面约1/3L处达到应力峰值;以容许抗剪强度为破坏判据解得的伍家岗长江大桥隧道式锚碇的极限承载力为3 504 MN,约为16倍的设计荷载,与室内试验值基本吻合。     

悬索桥锚碇剪切滑移的机理及试验初探

根据悬索桥锚碇的受力特点,提出研究锚碇结构与地层发生剪切滑移的重要性。将锚碇与土体之间发生相对滑移的过程分为3个阶段,解释了各个阶段中剪切滑移的形成发展过程及其机理,给出了接触面在剪切滑移的各个阶段中其剪应力的分布形态以及剪力作用下土体自身产生的切向位移的分布状况。依托某实际工程,按照1:100的比例制作锚碇结构模型,剖析了模型试验现象的原因,验证了理论分析中提出的定性判断结果。     

铁路隧道下穿公路引起的路面沉降规律和控制基准研究

目前,铁路隧道下穿公路引起的施工沉降规律和控制基准研究都是以某具体工程为背景制定的,缺乏统一的控制基准。从公路纵坡、横坡、平整度及工程结构稳定本身的需要出发,通过比较分析,提出了采用平整度要求控制施工路面不均匀沉降;在考虑路基高度、隧道尺寸、埋深、地质和施工方法影响条件下,通过FLAC数值计算软件对单双线铁路隧道下穿公路的数值模拟,分析路面沉降规律,得到了沉降槽宽度系数和最大沉降量的预测模型;结合平整度要求及沉降槽宽度系数预测模型制定了铁路隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准。通过大量工程实例来验证了提出的沉降控制基准的合理性,其结果可为铁路隧道下穿其他建筑物引起的地表沉降控制基准的制定提供参考。     

基于FLAC3D预应力锚拉桩作用机制和加固效果研究

运用数值模型试验方法,对预应力锚索抗滑桩治理后滑坡的加固效果进行分析和探讨。试验表明,FLAC3D数值模拟模型试验方法直观,且可以量化地评估加固前后滑坡和预应力锚索抗滑桩的变形特征,受力情况和计算滑坡体稳定性系数。加固后滑体的水平和垂直位移显著减小,滑体压力转移至桩体,稳定性系数大幅度提高。该方法适用于预应力锚索抗滑桩应用于滑坡的加固效果评价和加固机制分析     

黄土层预应力锚索锚固力试验研究

为了更好的指导预应力锚索在黄土层中的应用,以现场试验和数学推导为研究手段,采用电阻应变片测量锚索在拉力作用下的变形,得出了黄土层中锚索锚固段在不同拉力水平下的应变曲线。分别采用Philips公式和粘结应力均匀分布法公式对试验数据进行分析,推导了两种计算锚固力的公式,指出采用Philips理论更能真实地反映黄土地层中的锚固力特征。