复杂地质条件下软岩隧道式锚碇结构传力机制及其稳定性控制研究

Suspension bridge is an important form of super long span bridges in our country because of its excellent spanning capacity. Tunnel anchor is one of the main forms of anchorage of suspension bridge, obtains more and more applications. However, the basic research can not keep up with the rapid development of the project, and there are few relevant standards. Therefore, this project is on the basis of existing research, according to the field investigation and theoretical analysis, laboratory test and numerical simulation, the research on the load transfer mechanism of soft rock tunnel anchorage structure and stability control under complex geological conditions are carried out. The evaluation model of the formation stability of soft rock tunnel anchorage zone under complex geological conditions is established. According to the characteristics of the tunnel anchor, the geomechanical model of the stability analysis of the tunnel anchor is established. The transmission mechanism, bearing characteristics and long-term stability of the tunnel anchor structure are analyzed. In order to obtained the failure characteristics and failure modes of tunnel anchor. The effects of rock mechanics property, stratum structure, tunnel anchor structure and layout, buried depth, structural parameters and groundwater on the stability of soft rock tunnel anchor are studied. And the stability of tunnel anchor structure control measures are put forward. Through the analysis of the deformation and evolution law of soft rock tunnel anchor, the reasonable layout and design parameters are obtained. This research provides theoretical and technical support for the further popularization and application of tunnel anchor.

悬索桥因其卓越跨越能力已成为山区超大跨径桥梁的重要形式，隧道锚作为悬索桥的主要锚碇结构形式之一，也得到了越来越多应用。然而关于隧道锚的基础研究却跟不上工程的快速发展，相关规范标准也不够完善。本项目拟在现有研究基础上，通过现场调研、理论分析、室内试验和数值模拟等方法，在对复杂地质条件下软岩隧道锚锚址区地层稳定性评价基础上，根据隧道锚受力特点，建立隧道锚稳定性分析地质力学模型，深入分析隧道锚结构的传力机制、承载特性和长期稳定性，重点探讨岩体力学性质、地层结构、隧道锚结构形式及布置方式、隧道锚埋深、结构参数、地下水等对软岩隧道锚稳定性的影响规律，揭示软岩隧道锚结构系统的变形演化规律、破坏特征及破坏模式，研究其合理的结构形式及布置方式，优化相关设计参数，提出相应的稳定性计算方法。并针对软岩地层特点和隧道锚布置形式等，提出隧道锚碇结构的稳定性控制措施。为隧道锚进一步推广应用提供理论和技术支撑。

隧道锚因体量小、承载力高以及对环境扰动小等优点越来越多的被应用于悬索桥的建设当中。然而关于隧道锚的基础研究却跟不上工程的快速发展，特别是对软岩隧道锚承载全过程中的锚岩间荷载传递机制和稳定性等方面的研究还不够深入。通过现场调研、理论分析、室内试验和数值模拟等方法，围绕复杂地质条件下软岩隧道式锚碇结构传力机制及其稳定性问题，对软岩隧道锚的荷载传递机制与渐进破坏演化特征、稳定性评价、极限抗拔力计算方法以及稳定性控制技术与作用原理等方面进行了较为系统深入的研究，主要研究内容和成果如下：.1. 通过梳理国内外隧道锚研究成果，分析了我国隧道式锚碇的应用现状和发展趋势，总结了目前隧道式锚碇在承载变形特征、破坏模式及抗拔力计算等方面的研究现状，并对隧道式锚碇今后的研究重点提出了几点建议。.2. 通过原位缩尺模型试验，研究了复杂地质条件下软岩隧道锚的岩体变形特征和锚塞体-接触面-围岩三者受力与荷载传递特征，揭示了复杂地质条件下软岩隧道式锚碇锚岩传力机制。.3. 针对软岩隧道式锚碇锚岩传力机制和稳定性问题，设计了一套完整的室内相似模型试验系统。借助此试验系统，获得了软岩隧道锚围岩应变场和接触面应力的分布与演化规律，得到了隧道锚围岩表层裂纹、地表裂纹和岩体内部裂纹的萌生、扩展和空间分布特征，获得了软岩隧道锚渐进破坏力学行为特征，并进一步提出了考虑破坏面实际形态的软岩隧道锚极限抗拔力计算方法。.4. 基于上百组数值分析结果，借助智能算法和一阶可靠度方法，建立了考虑锚塞体主要设计参数（如：长度、倾角、扩展角度、埋深、锚塞体间距）和岩体力学性质的隧道锚稳定性评价模型，基于此模型可初步得到在不同工程地质条件下满足隧道锚目标安全系数的合理设计参数。.5. 提出了采用在锚塞体后锚面拱底增设抗拔键来提高软岩隧道锚稳定性，并通过相似模型试验和有限差分法，研究了抗拔键提高软岩隧道锚稳定性的作用原理。