悬索桥隧道锚岩石力学关键技术及应用内容简介

本书结合重庆鹅公岩大桥、湖北四渡河大桥、湖南矮寨大桥等十余座悬索桥隧道锚岩石力学研究实践，系统总结悬索桥隧道锚岩石力学关键技术及其应用效果，提出以勘探平（斜）洞综合测试与试验为基础的隧道锚围岩工程特性精细评价方法，研发隧道锚大比尺现场缩尺模型试验成套技术，揭示隧道锚围岩“夹持效应”力学机制和变形破坏机制。基于隧道锚承载特性的综合研究，获得隧道锚在数万吨级荷载下变形为毫米级，流变效应不明显的重要结论，并为工程实践所证实。

第1章 概述 1

1.1 悬索桥隧道锚发展概况 2

1.2 隧道锚研究现状 3

1.2.1 隧道锚围岩工程特性研究现状 3

1.2.2 隧道锚现场模型试验研究现状 4

1.2.3 隧道锚数值仿真模拟研究现状 6

1.2.4 隧道锚承载力计算方法研究现状 7

1.3 作者团队隧道锚研究历程和思路 9

1.4 本书主要内容 11

第2章 隧道锚围岩工程特性精细评价方法 12

2.1 隧道锚围岩特性精细评价方法的提出 13

2.2 洞室围岩性状探洞勘测 13

2.2.1 四渡河大桥勘探平洞勘察 14

2.2.2 云南普立大桥勘探斜洞勘察 14

2.2.3 宜昌伍家岗长江大桥勘探斜洞勘察 17

2.3 基于勘探平洞的风化卸荷带划分 20

2.3.1 勘探平洞布置 20

2.3.2 茶洞岸勘探平洞地质描述 21

2.3.3 吉首岸勘探平洞地质描述 22

2.3.4 平洞波速测试及卸荷带划分 23

2.3.5 构建三维地质概化模型 25

2.4 岩体力学特性现场试验 26

2.4.1 试验布置 26

2.4.2 岩体变形试验 27

2.4.3 混凝土与基岩接触面直剪试验 29

2.4.4 岩体直剪试验 31

2.4.5 结构面直剪试验 32

2.4.6 承压板流变试验 34

2.4.7 直剪流变试验 35

2.4.8 三轴流变试验 43

2.5 隧道锚围岩质量分级 47

2.5.1 国标BQ分级 47

2.5.2 RMR岩体分类 53

2.5.3 基于工程岩体质量分级的岩体力学参数 54

2.5.4 基于霍克-布朗经验强度准则的岩体力学参数 55

第3章 隧道锚大比尺现场缩尺模型试验 57

3.1 隧道锚大比尺现场缩尺模型试验思想的提出 58

3.2 理论依据 59

3.3 模型试验建造方法 60

3.3.1 试验洞布置 60

3.3.2 模型尺度选择 63

3.3.3 试验洞成洞方法 65

3.4 模型试验加载方法 67

3.4.1 反力梁加载法 67

3.4.2 千斤顶自平衡加载法 67

3.4.3 伺服加载系统 69

3.5 模型试验监控技术 70

3.5.1 表面变形监测 70

3.5.2 深部变形监测 72

3.5.3 锚碇与围岩接触面变形监测 74

3.5.4 锚碇内部应变特征测试 74

3.5.5 模型试验破坏过程监测 75

3.6 试验流程 80

3.6.1 超张拉试验 81

3.6.2 张拉流变试验 81

3.6.3 极限超张拉试验 82

3.7 基于模型试验的反演分析方法 82

3.7.1 反演计算方法 82

3.7.2 应用实例 82

第4章 室内地质力学模型试验方法 89

4.1 相似比设计 90

4.2 模型材料 91

4.3 模型构筑 92

4.4 加载与量测 94

4.5 试验结果分析 96

4.5.1 设计荷载试验（1P） 96

4.5.2 超载试验 98

第5章 隧道锚“夹持效应”力学机制和变形破坏机制 103

5.1 “夹持效应”现场缩尺模型试验 104

5.1.1 专项模型试验 104

5.1.2 专项模型试验数值重现 112

5.2 现场缩尺模型试验变形破坏模式分析 118

5.2.1 伍家岗长江大桥隧道锚模型试验结果 118

5.2.2 太洪长江大桥隧道锚模型试验结果 120

5.2.3 水布垭清江大桥隧道锚模型试验结果 123

5.3 基于连续介质数值方法的隧道锚超载破坏分析 126

5.3.1 伍家岗长江大桥隧道锚承载特性数值模拟 126

5.3.2 太洪长江大桥隧道锚承载特性数值模拟 131

5.3.3 水布垭清江大桥隧道锚承载特性数值模拟 135

5.4 基于非连续介质分析方法的隧道锚超载破坏分析 139

5.4.1 非连续变形分析数值模型 140

5.4.2 模拟结果 140

第6章 隧道锚承载能力综合研究方法 143

6.1 模型试验方法 144

6.2 多尺度非线性数值分析方法 150

6.2.1 模型尺度 150

6.2.2 原型尺度 152

6.3 极限平衡分析方法 157

6.3.1 隧道锚多块体极限平衡分析方法 158

6.3.2 基于“夹持效应”的极限平衡分析方法 160

6.3.3 极限平衡分析方法小结 162

6.4 经验类比法 162

6.4.1 方法原理及应用条件 162

6.4.2 应用实例 163

6.5 综合方法应用成果 164

第7章 实桥隧道锚承载能力监控验证 167

7.1 隧道锚综合监控技术 168

7.2 隧道锚承载能力验证 168

7.2.1 四渡河大桥隧道锚变形监测成果及分析 168

7.2.2 矮寨大桥茶洞岸隧道锚监测成果及分析 170

参考文献 173 2100433B

锚碇作为悬索桥的四大部分之一，其土方量占悬索桥总开挖量的绝大部分，是最大限度减少环境扰动的关键所在。隧道锚可有效减少开挖量和混凝土用量，是理想的锚碇型式，如美国的华盛顿桥，其新泽西岸隧道锚与纽约岸重力锚混凝土用量比1:4.8，我国四渡河特大桥宜昌岸隧道锚与恩施岸重力锚混凝土用量比1:4，土石方开挖量之比1:5。因而，隧道锚的使用对有效保护自然环境、避免大规模开挖、节约投资方面具有重要意义。

随着祖国西部高速公路、铁路建设，悬索桥以其跨越能力强、环境扰动小的特点备受关注。在山区若能因地制宜，有效地利用岩体承载，采用隧道式锚碇对保护自然环境、避免大规模开挖、节约投资等方面意义重大。然而，由于隧道式锚碇对地质条件的要求较为苛刻，实际应用不多。人们对锚碇与围岩相互作用机理尚不十分明确，隧道锚的设计也未形成体系。本项研究结合我国拟建的首座铁路悬索桥金沙江大桥，采用模型试验的方法揭示隧道锚的荷载传递规律、变形分布特征；通过超载试验揭示三种不同接触面下隧道锚的破坏模式；基于ABAQUS建立岩体的弹脆塑性损伤本构；通过损伤数值分析方法分析隧道锚破裂机制及隧道锚承载性能影响因素；根据极限平衡理论，提出隧道锚极限承载力计算方法及设计计算流程，为铁路悬索桥隧道锚的合理设计提供科学依据。该研究成果对于促进隧道式锚碇在铁路工程中的应用，提升设计技术水平，具有理论意义和应用价值。

本书结合泰州长江公路大桥，开展悬索桥主缆除湿系统自主研发关键技术研究。通过理论分析、模型试验、实桥验证，对主缆内空气流动沿程阻力、局部阻力、主缆内空气与水热质传递机理、主缆除湿系统设计及主缆微正压防潮技术、系统对维护阶段的低能耗运行方法和主缆内部状况监测与需求控制方法等关键技术进行了研究。