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基于变位规律的锚碇隧道围岩损伤度安全阈值研究

基于变位规律的锚碇隧道围岩损伤度安全阈值研究

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作者：黎高辉长沙理工大学

学位级别：硕士

相对于重力锚,隧道式锚碇能显著的降低工程造价,近年来在工程实践中获得足够重视并被逐步推广。然而,与隧道式锚碇相关的专项研究开展得不多、可参考的经验较少,制约了该种形式锚碇的使用,本文的初衷就是在此方面作一个有益的尝试。本... 详细信息

相对于重力锚,隧道式锚碇能显著的降低工程造价,近年来在工程实践中获得足够重视并被逐步推广。然而,与隧道式锚碇相关的专项研究开展得不多、可参考的经验较少,制约了该种形式锚碇的使用,本文的初衷就是在此方面作一个有益的尝试。本文结合矮寨悬索桥锚碇隧道的爆破施工,通过围岩的声波测试得到了围岩损伤度和松动圈范围在爆破冲击荷载作用下的发育规律,探讨了围岩累积损伤程度和振动速度之间的对应关系以及引起岩体损伤度累计效应的阈值,较为完整地描述了爆破冲击荷载作用下围岩损伤度和松动圈的发展过程。在此基础上得出合理的爆破振动速度的控制指标。试验和研究结果表明:锚碇隧道的爆破施工不但要控制单次爆破对围岩的扰动,更重要的是,应考虑围岩在频繁的近距离爆破作用下产生的累计振动效应并加以控制。爆破振动速度控制在3cm/s-6cm/s范围内,最大围岩松动圈厚度约为2.3m,围岩平均损伤度0.22。当测点处围岩的振动速度小于2cm/s时,围岩的损伤度积累不明显,可视为爆破振动累积损伤阈值。此外,建立了不同围岩损伤度的隧道式锚碇变位特性分析模型,通过数值模拟的方法,得到了隧道式锚碇位移特性和损伤度的对应关系曲线ψ,研究表明:位移-损伤度关系曲线ψ呈倒“S”型,存在D=0.1、D=0.4两个拐点,当损伤度D≧ 0 .3时,以左右锚碇为中心,位移-损伤度关系曲线ψ上分别出现两个峰值点,两锚碇的位移场开始出现不同程度的独立性、位移等值线逐步分离。当D≧ 0 .6时,位移-损伤度关系曲线ψ斜率大幅增大,两锚碇位移场等值线完全分离,锚碇可能类似于土体刺入式破坏而发生整体失稳或被拨出,D=0.6可以视为锚碇失稳破坏的临界点。本文锚碇隧道损伤度安全阈值取Dcr=0.2. 最后,为阐述隧道式锚碇和下部公路隧道相互影响程度,建立了损伤度D=0.2的工况分析模型群,研究表明:由于下部公路隧道的存在,施加1P、3P、5P、10P以后,左右锚碇会产生0.758mm、0.84mm、0.889mm、1.037mm的竖向位移差,使得竖向位移-位置曲线绕原点附近的某一点发生顺时针方向的旋转并沿竖向发生平移,导致两锚塞体偏离设计位移;公路隧道对锚碇垂直桥轴向、桥轴向位移场影响较小。

关键词：隧道式锚碇围岩声波测试损伤度安全阈值围岩变位爆破振动累积损伤锚-隧相互影响

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