维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１８期 ｏ１．３３ Ｎｏ．１８ ２ ０ ０ ７年６月 山 西 建 筑 ＶｌＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ 兀瓜Ｉ Ｊｕｎ．２００７ ・２９７・ ・桥隧工程・ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１８—０２９７．０２ 大断面黄土隧道的流变特性分析＊ 周大为 吴亚平 杨 玫 摘要：以某黄土隧道过渡段为工程背景，采用结构分析软件ＡＮＳＹＳ建立了过渡段三维实体有限元模型，对过渡段各 断面及桥台进行了流变分析，该分析结果对于同类型黄土隧道过渡段的结构设计、流变特性研究有一定借鉴意义。 关键词：大断面黄土隧道，流变特性，ＡＮＳＹＳ 中图分类号：Ｕ４５１ 文献标识码：Ａ 目前，针对大断面黄土隧道仿真分析所做研究甚少，已有的 型［４］为： 文献资料对隧道弹塑性、动力性能方面的分析研究较多，而反映 ｅ ＝ｅ ＋ｅ印＝ｅ１＋（ｅｌ，印＋ｅ ，印）＝｛ １＋￣ １－［１一ｅｘｐ（一 土体流变特性的报道尚少见Ｉ１，２ｊ。特别是在黄土地区，土体本构 ， ｌ关系较为复杂，考虑流变效应下大断面黄土隧道仿真分析的研究 Ｅ ｋ１圳＋ １ １～ｅｘｐ（一Ｅ ｋ ２ ｝ ＋｛（ ＋ ）（ 一 ）＋ 则更少。因此针对该地区隧道过渡段的研究显得十分重要。 文中以某大断面黄土隧道过渡段为研究对象，采用有限元方 ［（ ） ｏ＋（ｔＴ－ ｔＴｓ） ］｝ （１） ＾法，在对该过渡段弹塑性分析的基础上重点研究了土体流变特性 该模型采用文献［４］参数的广义Ｋｅｌｖｉｎ模型模拟黄土的粘弹 影响下桥隧相连处桥台及路基的沉降差异，以及路基各断面的流 性流变阶段，使用Ｍａｘｅｗｅｌｌ模型串联幂函数形式的经验模型模 变沉降值，为进一步研究桥隧过渡段地基刚度的合理匹配提供了 拟黄土的粘塑性流变阶段。设计单位提供的参数值如表１所示。 一定参考。 表１黄土的流变本构模型参数 １计算模型及基本假设 ＥＨ／ｋＰａ １／ｋＰａ ２／ｋＰａ ＥＭ／ｋＰａ ｒ／ｋｉ／ｋＰａ・ｄ ｒ］ｋ２／ｋＰａ‘ｄ 某客运专线某隧道全长８３９ ｍ，如图１所示的过渡段隧道端 １．０８×１０５ ７．１９×１０５ １．１１×１０５ ４．７８×１０ ９．６１×１０４ ８．２３×１０４ ￣，／ｋＰａ’ｄ Ａｏ／ｋＰａ・ｄ Ａ ／ ］ａ・ｄ ｍ０ 地基处理总长度５０ ｍ，其中明挖段长度１４ ｍ，暗挖段长度３６ ｍ。 １．３８×１０５ ３．５８×１０２ １４．５×１０２ ４．２７ ３．１７ ０．６ 隧道内复合地基加固采用水泥土挤密桩，地基处理深度沿隧道成 以上模型给出的本构关系比较复杂，求解比较困难。通过对 阶梯状变化。隧道进口端为桥隧相连处，桥梁单跨长度为３２ ｍ。 本大断面黄土隧道过渡段有限元模型所做的弹塑性分析，得出隧 计算模型中采用以下几个假定与原则： 道复合地基下卧层土体绝大部分均处于弹性阶段。同时，在文献 １）地基土中的初始应力场由模拟实际开挖或填土、施作衬砌 ［５］中，有关研究者提出了主固结与次固结的理论，土体变形从应 等过程后得到，并在此基础上将位移场置零后施加道板及钢轨荷 力观点分析，可以大体上划分为两个部分：由孔隙水压力所引起 载以计算相应的流变值。桥台流变值计算考虑梁体及二期恒载 的体积变形和骨架有效应力所发生骨架变形。前者为渗水产生 的作用。 的固结变形，它服从Ｋ－Ｔｅｒｚａｇｈｉ理论，即主固结变形；后者为土骨 架蠕变，又称次固结，它服从相关的蠕变函数。 根据以上几点讨论，并参考相关文献的简化假设，文中对上 述式（１）流变本构模型做了一定简化，得出考虑黄土流变与固结 效应的简化计算公式。其中主固结部分与弹簧数学模型相似，次 固结与开尔文体相似，因此可以将虎克弹簧体与开尔文体串联， 图１过渡段示意图 构成如图２所示的开尔文流变模型。 ２）边界条件：复合地基左右边界为位移约束，桥台的左右及 广义开尔文流变模型的表达式： 前后面均为面法线方向的位移约束，下边界为全约束，其中，土层 ｅ 计算范围取隧道宽度的４倍。 １［１－ｅｘｐ（一 ＋ ［１一ｅｘｐ（一 圳 ＋舂（２） ３）桥台桩体采用线弹性模型，土体采用非线性流变材料，复 式中： 、Ｈ， １， ２——分别为三个弹簧常数； 合地基弹性模量取值采用复合模量法。 １， ２——粘性系数，模型结构简图如图２所示，模型参数 ４）列车及轨道荷载计算根据ＺＫ标准活载 ３ Ｊ，以及结合实际 见表１。 的设计图进行计算。 ３计算结果分析及结论 ２黄土的流变本构模型及参数 地基流变沉降到１５个月已基本稳定，明洞段的地基流变沉 根据流变力学的基本理论，将黄土瞬时弹性变形、粘弹性变 降值（永久变形）非常接近，而且值也很小，为０．４６ ｌ＇ｎｌｎ左右，明显 形和粘塑性变形三者叠加，最后得到黄土的非线性流变本构模 小于暗洞各断面的流变沉降值。其原因主要有以下三点： 收稿日期：２００７一Ｏ１—１６ ＊：国家自然科学基金（项目编号：５０３７８０４３） 作者简介：周大为（１９８０一），男，兰州交通大学土木工程学院硕士研究生，甘肃兰州７３００７０ 吴亚平（１９５８一），男，博士生导师，教授，兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０ 杨玫（１９８１一），女，兰州交通大学硕士研究生，甘肃兰州７３００７０ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１８期 ・２９８・ ２ ０ ０ ７年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＩ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１８ Ｊｕｎ．２００７ 文章编号：１００９—６８２５（２００７）１８—０２９８—０２ 叉河大桥的施工控制 崔颖波摘Ｈ口Ｉ／世蜉０ ０ ０ ０ ０陶兴 吆∞ 啤∞要：结合工程实例介绍了高墩大跨度桥梁施工控制的影响因素、原理和方法。介绍了自适应控制系统在曲线连续刚 构桥梁工程中的应用，采用结构空间分析与工程试验、现场实测相结合的方式，分析了大跨度曲线梁桥挠度的影响因素， 实践证明其施工监控达到了预期的目标和要求。 关键词：高墩大跨，连续刚构桥，施工控制 中图分类号：Ｕ４４５．４ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 连续刚构梁桥，该桥采用双薄壁柔性桥墩，最高墩高达６０ ｍ，其跨 拉预应力一移挂篮；合拢顺序为：先合拢边跨，最后合拢中跨。 叉河特大桥位于沪瑞高速贵州境内。主桥为预应力混凝土 ２施工控制的方法 桥梁的施工控制是一个“预告一施工一量测一识别一修正一 径布置为（７５＋１３０＋７５）ｍ，主梁为单箱单室变截面、变高度箱梁， 预告”的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安 上下行分离。箱梁顶宽１２．０５ ＩＴＩ，底宽６．５ ＩＴＩ，根部梁高７．１３ ＩＴＩ，跨 全，其次是保证结构的内力合理和外型美观。为了达到上述目 中梁高２．６ ＩＴＩ，悬浇段腹板厚１１５ ＣＩＴｔ，顶板厚３０ ＣＩＴｔ，底板厚６０ ｃｍ 的，施工过程中必须对桥梁结构内力和主梁标高进行双控。采用 ～１００ ｃｍ。箱梁设纵、横、竖三向预应力。叉河大桥的平面曲线 悬臂浇筑的连续刚构桥在施工过程中是静定结构，只要严格按桥 半径Ｒ＝２ ５００ ＩＴＩ，设计荷载为汽车一超２０级，挂车一１２０。采用 梁施工规范进行操作，内力状态一般能够得到保证，主要问题是 悬臂施工，悬臂浇筑长度分为３ ＩＴＩ，４ ＩＴＩ两种，合拢段长２ ＩＴＩ，０号， 施工中及长期徐变挠度的控制。由于连续刚构桥在施工过程中 １号梁段采用托架施工，各纵向预应力束均采用两端张拉。各梁 及合拢时不具备斜拉桥的索力调整能力，一旦发生线形误差，将 段施工循环顺序为：移挂篮一立模板一绑扎钢筋一浇混凝土一张 永远存在于结构中，因此，及时发现误差原因，尽量减小误差发生 １）明挖段复合地基的地基处理深度较大，下卧层的黄土厚度 于桥台桩基础穿透黄土而支承于卵石层上，其承载力由桩侧摩阻 同时相对减少，因此减少流变值。２）明挖段复合地基上面设置刚 力及桩端阻力构成，桩端阻力占比较大的比例，故其土层的蠕变 性托板，不但减少地基的瞬时沉降，同时对于流变值的减少贡献 效应不明显。计算表明，衬砌上部的回填黄土对于轨面的沉降 也很大。３）由于暗挖段的上部存在回填土及老黄土等，这部分回 有重要影响，考虑流变效应下，回填黄土的存在增大轨面的沉降 填土不但增加自重应力，同时其自身也存在较大的流变，因而增 值，桥台桩基础为端承桩时，其流变效应引起的沉降很小。通过 大了暗挖段的流变沉降值。 计算，在列车荷载及考虑流变效应下，在桥隧相连处隧道侧断面 沉降值为５，１２４ ｍｍ，而在桥隧相连处桥台侧断面沉降值为 ４．９４０ｍｍ，相差仅为０，１８４ １Ｔｉｍ，说明桥隧过渡段与桥台基本实 现了刚度无间隙连接，证明了暗挖段和桥隧过渡段地基设计刚度 ＝］＿ Ｂ２ Ｂ１ 图２开尔文流变模型 的合理性。 参考文献： ［１］律文田，王永和．秦沈客运专线路桥过渡段路基动应力测试分 析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（３）：５００—５０４． ［２】曹新文，蔡英、铁路路基动态特性的模型试验研究［Ｊ】、西南 交通大学学报，１９９６，３１（１）：３２—３３． ［３］京沪高速铁路设计暂行规定［Ｓ］， ［４】郭玉增，高湿度Ｑｚ黄土的非线性流变本构模型及参数［Ｊ】，岩 时间／ｍｉｎ 石力学与工程学报，２０００，１９（６）：７８０—７８４． ［５］王盛源，饱和粘土主固结与次固结变形分析［Ｊ］，岩土工程学 报，１９９２，１４（５）：７０—７５． 图３ 桥台顶面沉降随时间变化曲线 如图３所示桥台的流变沉降值（永久变形）为０．１４ １Ｔｉｍ。由 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｈｅｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ－ｔｕｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ＺＨＯＵＤａ．ｗｅｉ ＷＵＹａ．ｐｉｎｇ ＹＡＮＧＭｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ａ ｂｒｉｄｇｅ－ｔｕｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ａＳ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ ｓｏｆｔｗａｒｅ．ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｉｎｉｔｅ ｄｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ，ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｒａｃｋ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ－ｔｕｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｌｏｅｓｓ，ＡＮＳＹＳ 收稿日期：２００７—０２—０６ 作者简介：崔颖波（１９６０ ），男，工程师，贵州高速公路开发总公司，贵州贵阳陶兴（１９８１ ），男，同济大学桥梁工程系硕士研究生，上海５５０００３ ２０００９２