高速公路交通荷载作用下悬索桥重力锚边坡力学响应研究

摘要

重力式锚碇是悬索桥中常用的一种桥梁基础，作为缆力的承载体位于两岸斜坡上，与周围岩土体直接作用，其与边坡的稳定性是工程实践中关注的一类重要问题。本文以雅康高速泸定特大悬索桥重力式锚碇工程为依托，在静荷载的基础上对交通荷载作用下重力式锚碇边坡动力学响应进行分析，得出以下结果： （1）以重力式锚碇及其所在边坡为研究对象，推导出重力式锚碇滑动的极限平衡方程，得出交通荷载作用下重力式锚碇边坡稳定性的简化分析方法。并通过计算得到自然工况、饱和工况、设计推荐参数三种状态下，边坡达到极限状态时设计缆力的超张拉系数分别为7.46、6.19、6.12，施加交通荷载幅值后下降为7.42、6.15、6.07；在自然工况下，施加超载1-4倍的交通荷载幅值后下降为7.38、7.34、7.30、7.26；在设计缆力条件下，施加交通荷载后锚碇底面正应力出现30kPa浮动值，且在超载交通荷载下浮动值加倍；在不同车辆速度下锚碇底面正应力大小不变，但是速度越快，变化频率越高。交通荷载导致了重力式锚碇边坡稳定性下降，且超载倍数越高、车辆速度越快影响越严重。 （2）通过数值摸拟方法，得到重力式锚碇边坡在超张拉静力作用下边坡力学响应，将所得结果与理论分析结果进行对比，二者较吻合，并通过天然、饱和工况下不同设计缆力边坡稳定性、锚碇稳定性、边坡塑性区、潜在滑面等分析揭示重力式锚碇边坡滑动破坏机制。 （3）通过数值模拟方法，得到重力式锚碇边坡在超张拉交通荷载作用下边坡的力学响应，以静力条件为基础，对比分析施加交通荷载幅值后边坡稳定系数、坡体位移、重力式锚碇底面正应力的变化；施加交通荷载后不同车辆速度下边坡位移、底面正应力随时间变化，得出施加交通荷载后：边坡稳定性下降，且在高缆力条件下尤为明显；潜在滑面加速转移至锚碇体周围，且在高超载交通荷载下锚碇稳定大幅下降；边坡位移与应变随时间变化，将会扰动边坡岩土体，且在高车辆速度下扰动加剧。 本文研究结果可为悬索桥重力式锚碇的工程设计提供指导与参考，具有一定实际意义。

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