软岩地质条件下浅埋隧道锚缩尺模型试验

为研究隧道锚的受力变形和锚碇承载特性等问题,在重庆几江长江大桥工程北岸现场开展1∶30缩尺模型试验。试验结果表明：从相似设计荷载240 kN 到1680 kN,双锚碇前锚面沿拉拔方向的最大位移平均值为0．020～0．808 mm,双锚碇前端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．028～0．749 mm,双锚碇后端上部地表岩体铅直方向的最大位移值为0．014～0．645 mm;锚碇围岩破裂类型是拉剪复合型破坏;锚碇上方地表横桥方向参与抗拔作用的岩体范围约2～3 m,而沿锚碇轴向参与拉拔作用的岩体破坏区类似一个倒塞体形状;通过试验得到模型锚的可靠抗拉拔承载能力为1344 kN;模型锚在840 kN 下的流变趋于稳定,其长期安全系数为3．5。模型试验结果表明软岩地质条件下浅埋隧道锚具有较高的抗拉拔承载能力,证明此设计方案是可行的。     

普立特大桥隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制

针对普立特大桥普立岸隧道式锚碇围岩系统的变形规律及破坏机制问题,采用有限差分法对其进行三维弹塑性模拟,分析了随着荷载的增加系统的塑性区、位移及应力的发展情况.数值结果表明:1设计缆力时,锚碇-围岩系统的位移均维持在mm级;继续加载,锚碇和周围岩体的位移形成的驼峰逐渐明显;至极限状态时,根据锚碇围岩的位移矢量图可勾勒出围岩的破坏范围,其中锚碇上、下部围岩的破坏范围分别为锚碇后锚面宽度的1.1倍和0.5倍;2系统在设计缆力下具有足够的安全稳定性,加载至8倍缆力时,锚碇的环向和径向的围岩塑性区均达到贯通,加载至极限状态时,锚碇周围岩体的塑性区分布形态呈倒塞体状;3根据监测点的位移变化、锚碇围岩塑性区分布及应力扩展情况得到,系统的破坏由锚碇带动周边部分岩体发生整体拉-剪破坏.     

坝陵河大桥隧道锚围岩力学特性原位试验研究

为全面认识坝陵河悬索桥西岸隧道锚的受力变形特性及安全稳定性,在分析研究锚碇区地层岩性特点基础上,利用相似性原理设计了与锚碇系统实际受力状态相适应的隧道锚原位模型试验系统,研究了原位试验加载及测试方法.试验成果表明,锚塞体混凝土和岩体在不同岩体条件下呈现出不同的变形特点:当岩体质量较好时,变形基本呈线性变化;当锚塞体周围岩体质量较差时,岩体的非线性变形特征明显.锚塞体与岩体之间的剪切残余变形表明锚塞体和岩体接触面在设计荷载作用下将产生较大的相对滑动.完整性较差岩体中的锚塞体变形远大于完整性较好情况下的锚塞体变形.     

隧道锚的抗拔安全系数确定方法

为了探求合理的隧道锚抗拔安全系数评估方法,依托西南某跨越金沙江的大桥隧道锚工程,分别采用应力积分法、塑性屈服区体积-荷载曲线和位移-荷载曲线求解隧道锚的抗拔安全系数,并将3种方法的计算结果与规范法的结果加以对比.结果表明:规范法忽略了岩体对锚碇的夹持作用,故其计算所得抗拔安全系数相对最小,仅为2.60;应力积分法取用设计荷载工况对应的应力场,夹持效果不明显,因而计算结果接近于规范法,采用应力积分法所得锚碇-围岩界面及围岩内破坏面的抗拔安全系数分别为2.64和2.88;采用塑性屈服区体积-荷载曲线及位移-荷载曲线时,容许荷载作用下的锚碇-岩体能够充分接触,夹持效果显著,故所得抗拔安全系数最大,其值均为6.50;通过极限摩阻力来反推锚碇-岩体界面夹持力,可得考虑夹持效应的隧道锚的抗拔安全系数.     

大桥隧道锚碇三维粘弹塑性数值模拟

为了解某大桥隧道锚碇及围岩体在张拉荷载下的变形状态及时效特性,采用三维显式有限差分软件FLAC3D对该大桥隧道锚碇系统进行三维粘弹塑性数值模拟.根据地质资料以及混凝土锚碇结构尺寸,建立隧道锚碇的三维计算模型,对岩体与锚碇之间的相互作用以及锚碇结构在长期荷载作用下的破坏模式进行研究,分析了由于施工开挖引起的锚碇和隧道围岩的位移及其应力变化.分析结果表明:当考虑岩体的流变力学特性后,在设计荷载作用下,锚碇和隧道围岩的变形均有所增加;与弹塑性计算结果比较,施加荷栽后经流变分析得到的隧道顶拱和底板的切向应力有所降低,拉应力的量值及拉应力区的范围减小,塑性区体积进一步扩大.     

考虑土体变形与界面剪切耦合作用锚杆拉拔响应

针对土层锚杆在拉拔荷载作用下的轴向变形问题,考虑锚杆周边土体变形与锚-土界面剪切的耦合作用,建立了表征锚杆锚固体荷载传递机理的有限差分物理模型。通过数值编程求解该模型,获得了不同拉拔荷载水平下的锚杆轴向变形和土体剪切变形的解答,从而明确了锚固体在拉拔过程中荷载变形曲线和沿杆体长度方向的轴力分布规律。方法与荷载传递方法和剪切位移法等对某实际工程中灌浆锚杆案例进行分析,将各方法所获解答与实测数据进行了对比分析。结果表明:考虑土体变形与界面剪切耦合的模型可以获得与实测数据更为吻合的荷载位移曲线和轴力分布,验证了该模型的优越性和准确性。     

贵州坝陵河大桥西锚碇区围岩稳定性分析

运用岩体质量评价、现场模型试验、极限平衡法和FLAC3D数值仿真试验多种方法结合,对贵州坝陵河大桥西锚碇区围岩稳定性进行了研究.岩体质量评价表明,锚碇区岩体较破碎、质量差;现场模型试验发现,过大的位移将导致结构不能正常使用,锚体后锚面圆拱顶点、矩形底边中点及其6 m范围内的围岩变形较大.运用极限平衡法对边坡8种可能的破坏位置进行验算表明,边坡基本稳定,最危险滑动面发生在基坑上部的强风化、弱风化带岩体中.FLAC3D数值试验表明,围岩可能发生拉剪破坏,破损区集中在锚塞体后部右上角等5个部位,锚碇上部岩体水平位移大,位移等高线近半椭圆形扩散.设计和施工过程中,应对塑性区及显著变形区内的岩体重点加固.     

夹心保温外墙板连接件力学性能试验

目的研究三种不同形式玻璃纤维筋连接件的弯锚锚固能力、弯锚抗拉强度和弯锚抗剪强度,为使这三种连接件早日应用于夹心保温外墙板实际工程提供依据.方法采用自行设计的多组混凝土试件,首先对玻璃纤维筋进行直锚拉拔试验,然后对三种连接件进行弯锚拉拔试验,最后进行剪切试验,通过试验数据和试验现象分析三种连接件的力学性能.结果璃纤维筋拥有很高的抗拉强度和直锚锚固性能,最大拉应力值高达532 MPa.连接件端部弧度越大,连接件越容易发生剪切破坏,抗拉强度就越低,其中U型连接件的抗拉强度最强.V型(45°)连接件的开裂位移和极限位移最小,U型连接件的开裂荷载和极限荷载最大.结论玻璃纤维筋具有良好的力学性能,可充当预制夹心保温外挂墙板内部一种连接件.     

不同加载方向的山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验

基于垂直于隧道轴向加载(X向加载)与平行于轴向加载(Y向加载)2种试验工况,对山岭隧道洞口段开展大型振动台模型试验研究。研究结果表明:不同加载方向所引起的隧道结构变形模式和破坏机制不同。当沿X向加载时,结构以剪切变形为主,抗震薄弱部位为两侧拱肩与拱脚,最终发生剪切破坏;而当沿Y向加载时,结构以拉压变形为主,抗震薄弱部位为拱顶、仰拱和两侧拱脚,最终发生拉压破坏。不同加载方向所引起的坡体破坏模式不同,X向加载引起较明显的结构与围岩相互作用现象,坡体大规模破坏由结构附近围岩的剪切破坏诱发;而Y向加载引起的坡体惯性力较明显,坡体大规模破坏由坡顶附近围岩的张拉破坏诱发。且Y向加载更易引起洞口仰坡的破坏,破坏现象与实际震害现象相符。     

降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩破坏演化

应用FISH语言改进FLAC~(3D)软件的非饱和渗流计算功能,同时等效模拟渗流过程中土体强度折减和膨胀力增加的力学特性,提出降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩大变形破坏数值演化分析方法.依托某膨胀性黄土隧道工程实例,将隧道围岩变形及力学特性现场测试与计算结果比较,验证了该数值方法的适用性.结果表明:降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长,分析得出了位移出现极大值时对应的含水率,在膨胀土隧道工程实践中可以此作为安全施工的一项监控指标;降雨持续作用60 h,隧道边墙正弯矩明显增大,初期支护向内挤出变形严重,围岩体剪切应变发育显著,且地表山体边坡发育出大面积塑性贯通区,数值分析有效揭示了隧道洞内塌方及地表山坡滑塌破坏机理.研究成果可对膨胀性黄土隧道围岩稳定性分析和变形控制提供一定的指导.     

悬索桥隧道式复合锚碇承载力计算方法

根据现场原位试验结果,分析了悬索桥隧道式复合锚碇系统(隧道式锚碇 预应力锚索)的可能破坏形态及其发生破坏的条件.采用极限理论,建立了锚碇系统的平衡方程.根据实际施工和设计特征,将锚碇-围岩接触面概化处理为4种力学模型,以节理力学理论和试验成果为基础,给出了相应的破坏准则.讨论了承载力简化计算公式中各分项系数的意义和取值方法,并用算例进行了验证.为设计工程师提供了对隧道式复合锚碇的一个整体设计思路和简化计算方法.     

基于围岩破坏区和承载力的锚杆支护设计

从岩石力学最大周向拉应力破坏准则理论出发,结合隧道工程实例,运用理论分析和现场试验数据统计分析的方法,研究了隧道开挖过程中破坏区域的范围和破坏规律,并对破坏区域的承载能力进行了分析。结果表明:隧道开挖过程中围岩破坏区域承载了很大的荷载,而支护体系承受的荷载只是很小一部分;围岩破坏范围和破坏区域的承载能力可以通过岩体的力学参数进行计算得出。工程应用表明,锚杆支护设计参数可以通过计算围岩的破坏区域和承载能力获得。     

全长黏结岩石抗浮锚杆承载性能现场试验

抗浮锚杆具有地层适应能力强、锚固力高、造价低、工期短等优点,具有广阔的工程应用前景.开展了4组13根岩石抗浮锚杆的极限抗拔承载试验,在1根试验锚杆上安装光纤光栅应变传感器进行应力测试,所有试验锚杆均加载至极限破坏状态,从荷载-锚固体顶面位移曲线、锚筋轴力分布、锚筋剪应力分布规律及界面黏结强度等方面进行了分析.结果表明,抗浮锚杆主要出现锚筋-锚固体界面剪切滑移破坏、锚固体-周围岩体界面剪切滑移破坏及锚筋拔断3种破坏形态.试验条件下,黏结长度为2.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力为240 kN,黏结长度不小于3.0 m的抗浮锚杆其极限抗拔承载力不低于320 kN,承载力高、变形小,能够满足抗浮要求.锚筋轴力自上而下逐渐衰减,锚筋在距锚固体顶面3.0 m以下范围内不受力,建议中风化花岗岩中抗浮锚杆的黏结长度设计值取3.5～4.0 m.锚筋剪应力沿深度呈先增大后减小的趋势,在距锚固体顶面0.45 m的位置达到峰值,约为2.7 MPa.锚筋-锚固体界面平均黏结强度为1.14～1.36 MPa,锚固体-岩土体界面平均黏结强度为0.28～0.37 MPa.     

港珠澳大桥沉管隧道的横截面承载力分析

以港珠澳大桥沉管隧道最大埋深段为研究对象,将沉管隧道简化为框架结构,采用荷载结构模型对结构内力进行分析,研究各构件的内力状态.在内力分析的基础上,进一步验算沉管隧道各构件的正截面承载力、斜截面抗剪承载力及结构表面混凝土裂缝宽度.计算结果表明:沉管隧道正常使用状态下的极限承载力由混凝土裂缝宽度控制,正截面承载力和斜截面抗剪承载力都远大于结构的内力;使用有限元软件Abaqus对沉管隧道模拟的结果与理论计算的内力状态、混凝土受拉破坏状态相吻合.     

基于模型试验的齿坎型重力锚抗滑机制

为了探究齿坎型重力式锚碇的承载特性与抗滑机制,依托贵州省牂牁江特大桥纳雍岸重力式锚碇工程,开展了相同试验条件下平底锚碇1/4埋深、齿坎锚碇1/4埋深、平底锚碇半埋深及齿坎锚碇半埋深四种工况的室内物理模型试验,并对各工况锚碇位移-荷载曲线、锚碇-地基接触应力、地基应变及地基宏观变形破坏特征进行分析。结果表明：四种工况锚碇模型的极限承载力分别为3P（平底1/4埋深）、4P（齿坎1/4埋深）、7P（平底半埋深）和8P（齿坎半埋深）;同种型式锚碇模型增大埋深可以显著提升锚碇的承载能力,同等埋深条件下齿坎型重力式锚碇承载性能要优于平底重力式锚碇;齿坎构造能够充分调动地基联合承载;基于地基的宏观变形破坏特征将其变形破坏过程划分为无裂隙、裂隙初现、裂隙发展以及破坏四个阶段;对齿坎型重力式锚碇承力过程进行了力学分析,得出齿坎构造力学特性较好,对限制锚碇变位和提高锚碇承载能力作用明显。     

井形碳纤维箍筋混凝土梁抗剪承载力试验

针对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer Plastic，CFRP)筋混凝土梁中封闭箍筋难以弯折成型、制作困难的现状，拟采用“井”字形CFRP箍筋承担斜截面剪力。设计了4个不同配箍率的足尺寸混凝土梁，进行4点弯曲静力加载试验，得到了其在不同配箍率下剪弯段的极限承载力及破坏形式，分析了箍筋应力的变化规律。结果表明：配箍率是影响“井”字形CFRP箍筋的混凝土梁抗剪承载力和破坏模式的一个重要指标，配箍率增大时“井”字形CFRP箍筋的混凝土梁的抗剪承载力显著提升，破坏模式从剪压破坏逐渐转为斜压破坏；通过对梁控制截面上箍筋与纵筋交接位置处锚固性能的理论分析，得出了该位置CFRP“井”字形箍筋的锚固粘结力，其值大于相应锚固段的边界剪力，能够满足斜截面受剪承载力的要求。试验和理论分析结果证明了“井”字形CFRP箍筋用于混凝土梁斜截面抗剪的可行性，可促进CFRP筋在混凝土结构中的大量应用。 关键词：“井”字形FRP箍筋; 受剪承载力；混凝土梁；配箍率     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形；并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

新延安隧道层状页岩力学性能试验研究

为研究新延安隧道层状页岩的力学特性和破坏特征，分析层理面不同倾角对岩石力学参数的影响，本文分别进行了不同层理角度下的室内单轴压缩、三轴压缩和巴西劈裂试验及数值单轴压缩和三轴压缩试验。通过室内试验分析，峰值强度随倾角增加呈先减小后增大的趋势；抗压强度呈“U”型趋势，弹性模量呈“V”型变化。通过大量数值模拟试验拓展了室内试验范围并分别拟合了抗压强度和弹性模量随倾角变化关系式；围压的增大弱化了页岩各向异性，但随着围压的不断增大弱化程度减小；黏聚力对层状页岩强度的弱化程度远远大于内摩擦角；抗拉强度随倾角的增大逐渐减小；倾角不同层状页岩的破坏模式也不同，单轴压缩时，0°为张拉破坏，30°~60°时发生由弱面控制的沿层理面发生的剪切滑移破坏，90°时产生劈裂张拉破坏。三轴压缩时不同层理面倾角的页岩试件主要发生剪切破坏。