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隧道锚设计体系中的关键问题研究与实践
| 论文题名： | 隧道锚设计体系中的关键问题研究与实践 |
| 关键词： | 隧道锚;复合幂函数模型;应力函数法;均匀设计法;有限元分析;悬索桥 |
| 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和岩体的粘聚力c敏感，并据分析结果调整了四渡河隧道锚岩体参数的取值。 （6）讨论了隧道锚数值建模的若干关键问题，包括完整岩体的弹塑性性质描述、薄软弱夹层的处理、锚洞岩体开挖过程、混凝土回填模拟等。 （7）以四渡河隧道锚为例进行了工程实例分析，给出了从锚体尺寸拟定、锚固系统选择到数值分析验证等完整的隧道锚设计关键问题的解决范例。 （8）基于本文研究成果，归纳建立了系统的隧道锚设计体系框架，给出了体系框架中隧道锚设计关键问题的解决方案和具体的应用方法。 |
| 作者： | 朱玉 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 卫军 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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