軟巖隧道式錨碇原位縮尺模型試驗及穩(wěn)定性研究.pdf

1、錨碇是保證懸索橋穩(wěn)定的關鍵部件之一。某長江懸索橋擬在泥巖中修建隧道式錨碇，所處地層具有巖性軟、埋深淺、庫水影響三大顯著特點。軟巖具有遇水軟化、蠕變明顯等特征，高拉拔荷載條件下隧道式錨碇的承載特性和長期穩(wěn)定是關鍵。目前在此方面極少有系統(tǒng)性的研究。本文以該大橋的隧道式錨碇為工程依托和研究對象，采用地質調查、巖石物理力學性質試驗、原位縮尺模型錨荷載試驗、數(shù)值模擬等手段，對軟巖隧道式錨碇的承載特性及其長期穩(wěn)定性進行了深入和系統(tǒng)的研究。論文的主要

2、研究工作和成果如下：
　　①采用室內和大型原位巖石力學試驗，揭示了試驗區(qū)及錨碇區(qū)巖石的基本物理力學性質，獲得了隧道錨區(qū)域泥巖的巖體力學參數(shù)及水對巖石力學性質影響程度。
　?、陂_展了天然狀態(tài)（不泡水）1:10原位縮尺模型錨的設計荷載（1P）、超載荷載（大于1P）及極限破壞載荷試驗，獲得了埋深較淺的軟巖隧道式錨碇的位移變化特征和空間分布規(guī)律，以及破壞特征及破壞模式。基于模型錨蠕變試驗，獲得了不同荷載級別下位移—時間曲線，分析得到

3、了模型錨蠕變隨不同荷載水平變化規(guī)律。
　　③開展了天然狀態(tài)（不泡水）及泡水狀態(tài)下的1：30原位縮尺模型錨的設計荷載（1P）、超載荷載及極限破壞載荷試驗，獲得了水對軟巖隧道式錨碇的位移及強度特征值的影響規(guī)律及影響程度。天然狀態(tài)與泡水狀態(tài)下隧道錨的破壞特征及破壞模式基本一致；水的作用導致隧道錨系統(tǒng)的位移增大而強度特征值明顯降低?；谌渥冊囼?，獲得了泡水狀態(tài)下不同荷載級別下位移—時間曲線，分析得到了泡水狀態(tài)下蠕變隨不同荷載水平的變化規(guī)律

4、。
　　④不同縮尺比例模型的試驗結果比較顯示，同含水狀態(tài)下，模型錨縮尺比例C越小（尺寸越大），強度特征值越高。不同縮尺比例、不同含水狀態(tài)的模型錨的位移變化特征和空間變化規(guī)律，以及破壞特征和破壞模式基本一致。
　　⑤基于原位縮尺模型錨的試驗結果，引入均勻設計和 PSO-LSSVM的巖土力學位移反分析技術，對模型參數(shù)進行了辨識。基于粘彈性位移反演理論，得到了泥巖的巖體蠕變參數(shù)。基于彈塑性位移反演理論，得到了泥巖的巖體彈塑性參數(shù)。

5、
　?、尥ㄟ^實橋隧道錨的三維彈塑性數(shù)值分析，獲得了不同工況下設計荷載（1P）、超載及極限荷載作用下的應力、位移變化與分布規(guī)律，塑性區(qū)發(fā)展與分布規(guī)律，以及承載力。在設計荷載作用下，錨碇周邊巖體變形為 mm級，錨碇最大位移量為2.5mm。錨碇周邊巖體基本處于彈性工作狀態(tài)，圍巖總體受力狀態(tài)良好，錨碇圍巖穩(wěn)定?？紤]庫水位187m和197m工況下，實橋隧道錨碇承載力分別為8P和7P。綜合原位縮尺模型錨試驗成果以及實橋隧道錨的三維彈塑性數(shù)值分

6、析結果，考慮到庫水位抬升，實橋隧道錨安全系數(shù)取3.5，安全儲備系數(shù)取6。
　?、呃梅囱莸膸r體蠕變參數(shù)，通過實橋隧道錨的粘彈性數(shù)值分析，研究了實橋隧道錨的長期穩(wěn)定性。庫水197m和187m工況在加載設計荷載（1P）6個月后蠕變位移均趨于穩(wěn)定，庫水197m工況的隧道錨瞬時位移和長期位移比庫水187m工況略大。錨碇周邊圍巖基本處于彈性狀態(tài)，僅在錨碇前、后端面附近出現(xiàn)小范圍的塑性區(qū)。因此，庫水位升高到197m后隧道錨長期穩(wěn)定仍能達到要求