矮寨悬索桥隧道锚碇稳定性数值分析

通过三维显式有限差分计算,对矮寨大桥C线方案吉首岸隧道锚碇系统进行了数值模拟,分析了由于施工开挖引起的锚碇、塔基和公路隧洞围岩位移和应力变化,计算了在设计荷载P作用下锚碇结构体系围岩的变形和应力响应;在此基础上,对C线方案锚碇体系的围岩稳定性作出评价。计算分析表明:锚碇、塔基和公路隧道处于浅地表且布置较集中,相互影响显著;虽然开挖引起的围岩变形大部分小于1 mm,但是由于锚碇后部与下部公路隧道间岩柱较薄导致出现拉应力集中和较大面积的塑性区;在设计荷载作用下,该处的塑性区进一步扩大;在3P超载情况下,锚碇后部至公路隧道顶拱的塑性区贯通,对锚碇的长期承载有较大威胁,且引起下方公路隧道顶拱岩体的稳定性严重恶化而难以自稳。

矮寨悬索桥茶洞岸构筑物围岩及山体稳定性研究

调查分析了矮寨特大悬索桥茶洞岸岩体施工期间所暴露的地质缺陷及稳定问题;采用三维数值分析方法,计算了在岩体开挖后、施加主缆荷载后等工况下,隧道锚、索塔基础与公路隧道围岩及山体的稳定性,及构筑物相互影响;提出了工程支护的措施。研究结果表明:岩体稳定问题主要集中在桥台边坡上,施加工程设计荷载不会对岩体稳定造成明显影响,构筑物之间相互影响不大;隧道锚因围岩挤压效应而产生强大的抗拔能力,其承载能力可能被严重低估。

矮寨特大悬索桥钢桁梁检查车的设计与实现

针对矮寨特大悬索桥24.5m的宽度限制了普通检查车应用的问题,根据相关文献和桥梁设计院的要求,结合吊栏式和桁架式两种检查车的结构特点,设计了检查车的钢桁梁结构及各组成装置,分析了各装置的结构及原理。钢桁梁检查车已经正常使用3年,状态良好,完全能满足桥梁检查维修需要,具有重要的使用价值和理论意义。

矮寨特大悬索桥建设新技术研究

以矮寨特大悬索桥为背景,介绍了大桥建设过程中采用的新技术的使用情况。大桥首次采用塔梁分离结构布局,并布置了岩锚吊索,该设计可为山区大跨径悬索桥设计起到良好的借鉴作用;大桥引入高性能碳纤维岩锚体系,为碳纤维高性能材料在工程结构运用上提供了新思路;大桥首创的"轨索滑移法"运梁成功解决了山区大跨径悬索桥主梁架设的难题,该法在矮寨特大桥上的成功运用将对山区大跨径悬索桥的建设起到巨大的推动作用。

薄层状灰岩区大型隧道锚碇承载力特性的岩石力学综合研究

基于矮寨悬索桥,总结了茶洞岸隧道锚区勘察和施工期所揭露的地质条件,通过布置在隧道锚处的勘探洞进行了相关的岩石物理力学试验、现场岩体变形与结构面抗剪试验以及岩体卸荷带划分,并在此基础上概化了岩体地质力学模型,采用三维数值分析法,考虑了岩体的正交各向异性,对层状岩体隧道锚的开挖、正常加载和超载工况下的变形破坏机理进行了分析。结果表明:隧道锚区岩石强度高,但岩体强度则主要受控于软弱结构面;隧道锚正常加载情况下变形为mm量级,即使在超载(5～7)P下围岩也未出现明显的大变形或塑性区大面积贯通,隧道锚的围岩挤压效应明显。后期隧道锚稳定监测表明:自隧道锚洞开挖到主缆和吊索施工完成后的阶段内,围岩整体变形0.25～0.9mm,其中因主缆和吊索载荷施加而新增位移总体上小于0.1mm,隧道锚工作状态好。根据围岩受荷变形特点和隧道锚现所受荷载初步推断,整个大桥建设完成后,隧道锚围岩最终变形可能约为1mm。

板梁状陡坡裂缝性状变化与地基稳定分析

近水平岩层组成的陡坡,被一组平行坡面的长大陡倾结构面切割,形成板梁状结构陡坡,其失稳模式为板梁倾倒或滑移。板梁状结构陡坡的变形失稳力学行为具有以下特征:1)长大陡倾结构面力学性状可能发生变化;2)陡坡地基岩体失稳过程更加复杂。该类陡坡地基稳定性分析需要明晰以上力学行为特征,而传统有限元强度折减法不能直接模拟。为解决此问题,以矮寨悬索桥吉首岸陡坡主塔地基为例,在工程地质分析与地质概化的基础上建立力学模型,通过将生死单元法与迭代修正法引入到传统有限元强度折减法,拟合平行坡面的陡倾溶蚀裂缝性状的变化,分析板梁状结构坡体稳定性,确定坡体失稳源与失稳过程,进而计算出塔基的稳定系数。研究结果表明:吉首岸板梁状结构陡坡可以分为3个区域,由外至内依次为紧邻陡坡的外侧岩块区、中部岩块区和主塔荷载作用下的塔基岩块区。外侧岩块区的岩体稳定系数为1.388,中部岩块区的岩体稳定系数为1.653,塔基岩块区的地基稳定系数为2.123,其稳定性依次提高。吉首岸陡坡外侧岩块区最易失稳,为坡体失稳源,塔基岩块区稳定性好。采用迭代修正法,可以描述陡坡内长大陡倾结构面的性状变化及陡坡地基岩体的递进失稳过程,扩大了传统有限元强度折减法的应用范围,具有一定的工程应用价值。

镜头

一桥飞架湖南湘西,创4项世界第一的矮寨特大悬索桥2012年3月通车,大桥改善了湘西乃至武陵山区的交通状况。