巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究.pdf

1、基于大量的文獻(xiàn)研究和實(shí)踐，籍助濟(jì)南繞城高速公路現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，利用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬等研究手段，對(duì)巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行了全面系統(tǒng)的深入研究，并結(jié)合實(shí)際工程對(duì)本文的研究思想進(jìn)行了應(yīng)用研究，確定了實(shí)際工程司服壽命，取得了一系列有益于理論和實(shí)踐的研究成果。 （1）通過全面研究巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)作用機(jī)理、類型及失穩(wěn)機(jī)理，從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)對(duì)巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)及其長(zhǎng)期穩(wěn)定性進(jìn)行了全新的定義和詮釋，揭示出桿體材料應(yīng)力腐

2、蝕是決定其長(zhǎng)期穩(wěn)定性的根本因素，建立了巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性的總體研究框架，確定了研究的基本理論方向。 （2）通過長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)跟蹤監(jiān)測(cè)，揭示了錨索預(yù)應(yīng)力在不同時(shí)期及不同影響因素作用下的變化特征和規(guī)律，降雨、晝夜溫度變化、季節(jié)溫度引起預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生近似閉合的“大循環(huán)”、“小循環(huán)”和“附加循環(huán)”波動(dòng)變化特征，波動(dòng)變化長(zhǎng)期存在且滯后于影響因素的變化。通過采用流變力學(xué)理論研究與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，構(gòu)建了反映巖土體蠕變和預(yù)應(yīng)力桿體

3、材料松弛耦合作用的四參數(shù)本構(gòu)模型，首次提出了預(yù)應(yīng)力變化的“平穩(wěn)衰減疊加波動(dòng)”機(jī)理，建立了預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚉=Ae-a（t-b）+B+ Dsin（w2t+（）2）+F+Ce-ct sin（w1t+（）1）。 （3）通過確定應(yīng)力腐蝕的主要影響因素和正交組合分析，創(chuàng)造性地研制了模擬巖土環(huán)境中金屬桿體材料應(yīng)力腐蝕的室內(nèi)足尺試驗(yàn)方法和裝置。基于室內(nèi)試驗(yàn)，確定了應(yīng)力腐蝕的發(fā)展規(guī)律，首次建立了表征桿體材料應(yīng)力腐蝕特征的定量公式C1

4、=P1·x1p2·e-p3x2·（p4+XP53），奠定了巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)司服壽命研究的理論基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，首次揭示了實(shí)際工程環(huán)境中巖土預(yù)應(yīng)力錨同系統(tǒng)應(yīng)力腐蝕的典型分布和斷面特征。利用現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行修正后，可用于預(yù)測(cè)實(shí)際巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)的司服壽命。 （4）通過首次進(jìn)行的在役預(yù)應(yīng)力錨索現(xiàn)場(chǎng)原位足尺卸載與數(shù)值模擬的對(duì)比試驗(yàn)研究，揭示了單錨失效效應(yīng)和巖土體內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整規(guī)律，提出了不同位置錨索影響因子與間

5、距的關(guān)系δ=f（L）。采用三維連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日計(jì)算程序的數(shù)值模擬方法研究了群錨失效效應(yīng)和穩(wěn)定性喪失擴(kuò)展規(guī)律，提出局部預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)失效發(fā)展具有非單調(diào)連續(xù)性。當(dāng)失效錨索達(dá)到一門檻值，巖土體縱向塑性區(qū)與臨空面貫通，巖土體首先發(fā)生局部失穩(wěn)。局部失穩(wěn)所在的相對(duì)位置（距離）和數(shù)量對(duì)整體穩(wěn)定性的影響具有顯著區(qū)別。對(duì)于實(shí)際工程，得出當(dāng)失效錨索多于8根或坡體表面塑性面積超過200㎡時(shí)，發(fā)生局部失穩(wěn)；主滑坡相鄰級(jí)坡體同一縱斷面同時(shí)發(fā)生局部失穩(wěn)，或者發(fā)

6、生能夠相互貫通的多處（三處以上）局部失穩(wěn)時(shí)將喪失整體穩(wěn)定性等重要結(jié)論。 （5）在提出巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性系統(tǒng)控制原理和專家預(yù)測(cè)復(fù)合控制方法的基礎(chǔ)上，首次給出了考慮應(yīng)力腐蝕并基于錨索失效數(shù)量門檻值最大的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。全面分析研究了巖土預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)穩(wěn)定性的三種判據(jù)，創(chuàng)造性的建立了基于預(yù)應(yīng)力變化規(guī)律和應(yīng)力腐蝕規(guī)律的司服壽命確定方法，確定出實(shí)際工程的司服壽命為41年及不同部位的司服壽命范圍。首次結(jié)合不同應(yīng)力腐蝕量化特征和現(xiàn)