山区公路悬索桥隧道锚碇作用机理及应用研究

论文摘要

随着国民经济和交通事业的蓬勃发展,山区公路桥梁建设采用大跨径悬索桥方案已成为一种越来越普遍的结构形式。而其中的锚碇采用隧道锚能够较好的利用锚址区的地质条件,工程量相对重力式锚小、性价比高、对周边环境扰动小。但由于隧道锚设计规范、准则未成体系,设计参数不确定及山区隧道锚设计的特殊性,对于锚体周围的岩体位移、应力,岩体塑性变形范围,以及隧道锚稳定、安全受力状态的计算及评估显得至关重要。本论文通过文献综述和科技查新,介绍了隧道锚的主要构造形式、国内外隧道锚应用的历史和现状、作用机理及稳定性的相关理论以及ABAQUS基本功能和特点、本构关系及求解过程,主要研究了锚碇区围岩破坏模式,建立初始地应力场应力函数法。最后,依托云南普宣高速路普立悬索桥项目,对其中的隧道锚碇通过三维弹塑性有限元分析,对隧道锚洞开挖支护、锚塞体回填等工序进行了数值模拟分析,得出了在设计荷载作用下锚碇结构体系及围岩的变形和应力数据,在此基础上,对围岩稳定性得出一下结论:(1)岩体主应力:岩体最大拉应力出现在后锚室岩体与锚体结合部周围,最小压应力出现在后锚室后端面顶部。从1.0倍主缆力到7.5倍主缆力加载过程中,拉应力变化明显,压应力变化较小。锚体周围岩体剪应力变化规律基本相同:后锚面附近最大,向前侧逐渐减小,(2)岩体塑性区分布:在5.0倍设计缆力作用下,岩体后锚室左右两侧和底面出现局部塑性区域;在7.5倍设计缆力作用下,岩体后锚室塑性区域沿隧洞西周贯通,锚体周围岩体未发生塑性变形。根据以上分析可得出一下结论:在7.5倍设计缆力作用下,岩体位移、应力均在可控范围内,岩体塑性变形范围有限,隧道锚处于稳定、安全受力状态;隧道锚设计方案安全系数>6,满足设计要求。通过以上分析,对普立岸隧道锚碇及山体稳定性作出评价,以期给类似工程的设计和施工提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外工程应用概况
• 1.2.2 隧道锚设计施工研究现状
• 1.2.3 设计规范、准则
• 1.2.4 岩体力学方面
• 1.2.5 隧道锚计算方面
• 1.3 选题依据与关键技术问题
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 锚碇围岩破坏模式及锚体长度研究
• 2.1 结构面发育时的锚碇围岩破坏模式
• 2.1.1 结构面发育时的锚碇围岩破坏模式
• 2.1.2 结构面不发育时的锚碇围岩破坏模式
• 2.2 隧道锚锚体长度的研究
• 第三章 地应力场模拟研究
• 3.1 地应力场模拟
• 3.2 地应力场分析常用的方法
• 3.3 建立地应力场的应力函数法
• 第四章 岩土本构理论与数值模型研究
• 4.1 岩体的弹塑性模型
• 4.2 弱夹层的模拟
• 4.3 单元选择
• 4.4 岩体开挖模拟
• 4.5 混凝土回填过程的模拟
• 4.6 本章小结
• 第五章 悬索桥隧道锚碇工程实例分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 岩体力学特性
• 5.3 锚体长度拟定
• 5.4 数值计算模型的建立及结果分析
• 5.4.1 计算模型的建立
• 5.4.2 计算步骤
• 5.4.3 计算结果及评价
• 5.4.4 计算结果附图
• 第六章 研究结论及进一步工作展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的成果