隧道锚围岩抗拔机制及抗拔力计算模式初步研究

在普立特大桥隧道锚现场模型试验的基础上,采用数值模拟技术揭示了隧道锚围岩变形破坏过程:围岩破坏面从锚体底部与围岩接触面附近启裂,并逐渐向外呈圆台状扩散,破坏形式为拉剪破坏。并且,锚体前部临空岩体被拱出而发生拉破坏。破坏面上的应力分布随着拉拔荷载增大而发生复杂变化。基于此,通过在破坏面上建立力的平衡关系,提出了隧道锚围岩抗拔力计算模式。该计算模式与现有文献不同,体现了夹持效应以及破坏面上的复杂应力变化。破坏面上的应力分布需要通过模型试验和数值模拟论证得到。今后,在针对不同强度、不同结构特征的岩体进行全面试验分析的基础上,可以对破坏面形态和应力大小进行取值建议。采用该模式验证了试验结果,估算得到大桥原型锚碇的极限抗拔力非常大。目前隧道锚设计普遍偏于保守,隧道锚在中、软岩中仍然可以使用。讨论了破坏面形态特征可能的变化、岩体结构特征对抗拔力的影响等问题。

新型伞状抗拔锚的制作及其试验研究

针对传统锚杆的不足,结合带扩大头桩锚的优点,设计出一种新型伞状抗拔装置,该装置主要由伞状锚头(可在土层中张开)和张拉锚索组成,在制作成型的基础上对其进行3组拉拔试验,其中2组用于比较伞状锚在锚头处灌浆与无浆的承载性能,1组用于比较其与竖直抗拔桩的承载性能。试验结果表明,新型伞状锚的抗拔性能要优于传统的竖直抗拔桩,且锚头灌浆伞状锚的抗拔性能最好。结合试验过程进一步对伞状锚的受力机制展开研究,结果表明,伞状锚的抗拔力主要来源于锚头兜住的土柱重力和兜住土体与未兜住土体之间的剪切摩擦两部分,由此提出伞状锚极限承载力特征值的估算公式,从而为伞状锚的工程应用奠定基础。

普立特大桥隧道锚现场模型试验研究——抗拔能力试验

为揭示隧道锚抗拔作用机制,研究隧道锚围岩变形特征和可能的破坏模式,验证普立特大桥隧道锚的设计安全度,在普立岸的隧道锚勘探洞内,进行相似比为1∶25的隧道锚抗拔能力现场模型试验。通过不同荷载级别的弹塑性试验和流变试验,获得各级荷载下锚体与围岩的荷载传递特征、变形分布规律及流变特征。试验结果表明:锚体及围岩后表面最大变形分布曲线呈双峰形对称,前表面最大变形分布曲线为上凸形,后表面变形大于前表面变形;在8P(P为设计荷载)荷载作用下,最大变形仅为61μm,50P荷载下最大变形为566μm;由于围岩夹持效应,超载时锚塞体后部的应力向锚塞体前部扩散很慢,当荷载达到50P时,锚体前端应变不及后端应变的3%,混凝土锚体后部出现明显的应力集中,且部分应变不能恢复,混凝土产生了较明显的塑性变形。综合考虑到试验部位的岩体质量总体上比实际隧道锚围岩好,建议隧道锚的超载稳定系数大于8。6P荷载下没有出现流变现象,建议隧道锚的长期稳定系数大于6。