隧道锚设计体系中的关键问题研究与实践

论文题目: 隧道锚设计体系中的关键问题研究与实践

论文类型: 博士论文

论文专业: 桥梁与隧道工程

作者: 朱玉

导师: 卫军

关键词: 隧道锚,复合幂函数模型,应力函数法,均匀设计法,有限元,设计体系

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 隧道式锚碇是适用于大跨径悬索桥的两种锚碇形式之一。与另一种锚碇形式——重力式锚碇相比,隧道式锚碇有两个突出优点:一是造价低,可显著节约投资; 二是对环境扰动小,有利于环境保护。缺点是要求锚址区有坚固完整的岩体可供利用,制约了它在平原区的应用,资料表明,目前世界上仅有7 座隧道锚建成,隧道锚的应用和相关研究很少。随着我国西部大开发战略的实施,交通基础建设先行启动,我国西部山区以岩性山体为主,多具备建造隧道锚的条件,隧道锚应用前景广阔。基于隧道锚的突出优点和在西部交通建设中的广阔应用前景,系统研究隧道锚设计的关键问题具有重要意义。论文归纳了隧道锚设计所涉及的关键问题,并逐一进行理论上的研究,给出详细具体、便于应用的解决方案; 给出了这些理论方法在我国首座大跨径悬索桥隧道锚——四渡河特大桥隧道锚设计中的系统应用,验证理论的正确性和方法的可行性的同时为隧道锚的设计、分析提供了首个完整的范例; 基于前述理论和工程实例分析,初步建立了隧道锚的设计体系。本文在以下方面做了系统的研究工作: (1)通过对锚杆实测数据的分析建立了锚杆轴力分布的复合幂函数模型。(2)基于复合幂函数模型和广义岩体锚固原理的类比分析,建立了锚体长度的估算公式,该公式用于锚体长度拟定,方便、快捷、具有足够的精度。(3)通过对采用不同锚固系统的隧道锚内力分布及相应的锚体长度对比,从力学角度建议了隧道锚的合理锚固系统形式。(4)针对通用有限元软件的初始条件输入功能,建议了利用有限地应力测点建立初始地应力场的应力函数法。对四渡河隧道锚的具体情况应用了其退化形式,并针对ABAQUS 软件的数据特点编制了初始地应力场程序,输出结果可直接作为ABAQUS 初始条件读入。(5)首次在土木工程领域引入了基于均匀设计法确定性抽样的岩体参数敏感性分析,大大减少了数值分析的工作量,为大型结构的参数敏感性开辟了一条新途径。隧道锚的承载力对岩体的粘聚力c 敏感,锚体位移对岩体变形模量E 和岩体的粘聚

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究历史和现状

1.3 选题依据与关键技术问题

1.4 主要研究内容

2 隧道锚锚体长度拟定

2.1 锚杆轴力分布模型

2.2 模型参数意义的讨论

2.3 退化的两参数复合幂函数模型

2.4 锚体长度估算公式

2.5 小结

3 地应力场模拟

3.1 河谷处地应力场基本分布规律

3.2 地应力场常用分析方法

3.3 建立地应力场的应力函数法

4 参数敏感性分析

4.1 参数敏感性分析常用方法

4.2 均匀设计法的基本原理

4.3 参数敏感性分析实例

4.4 小结

5 数值建模的若干关键问题

5.1 岩体的弹塑性模型

5.2 弱夹层的模拟

5.3 单元选择

5.4 岩体开挖模拟

5.5 混凝土回填模拟

5.6 小结

6 工程实例—Ⅰ部分

6.1 工程概况

6.2 岩体力学特性

6.3 锚体长度拟定

6.4 锚固系统的选择

6.5 初始应力场的建立

6.6 计算模型的确定

6.7 小结

7 工程实例—Ⅱ部分

7.1 参数敏感性分析

7.2 隧道锚承载性能分析

7.3 小结

8 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望与建议

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录

附录2 建立初始应力场程序

附录3 双锚体模型结果附图

附录4 单锚体模型结果附图

发布时间: 2006-04-05

参考文献

[1].复杂地层浅埋软岩隧道式锚碇受荷响应机制及设计计算方法研究[D]. 李栋梁.重庆大学2017
[2].非对称悬索桥静力性能及动力特性分析[D]. 杨国俊.长安大学2016

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