[發明專利]地震荷載下重力式錨碇穩定性研究的模型試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202010532529.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111537217A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 肖安斌;陳偉;蔣楠;包浩文
• 申請（專利權）人: 四川路橋華東建設有限責任公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M7/02;G01D21/02
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 王崗

本發明公開了一種模擬地震荷載下重力式錨碇穩定性研究的試驗系統及方法，該系統包括錨碇系統、荷載系統、量測系統。錨碇系統由試驗箱、相似巖土層、錨碇體、鋼絞線構成，荷載系統包括靜力荷載系統和動力荷載系統，量測系統包括，精密測力計、角度側量器、微型壓力盒、激光測距儀、聲波測振儀。本試驗系統具體操作包括以下步驟：制作試驗模型、布置監測系統，加載試驗模型、調試監測系統，模型試驗測試與數據記錄。本發明實現在動荷載的加載過程中對錨碇體以及其周邊巖土體的內力、位移以及振動速度等動力響應數據的動態量測，為進一步揭示地震荷載作用下重力式錨碇穩定性評價提供了試驗依據和研究方法。

技術領域

本發明涉及橋梁技術以及地質災害控制領域，具體涉及一種研究地震荷載下重力式錨碇穩定性的模型試驗方法及系統。

背景技術

錨碇結構作為拉索類橋梁受力系統中的一部分，其本身以及周圍巖土體的穩定性在橋梁建設和運營過程中具有重要意義。地震作為工程建設中常見的地質災害，其產生的動力效應會對橋梁錨錠結構及其周邊巖土體產生不良影響，從而影響拉索橋梁整體的穩定性。其中，重力式錨碇結構作為拉索橋梁錨碇中的常見形式，其主要作用是將橋梁塔墩傳遞過來的主纜拉力傳遞到相鄰巖土層中去，利用其本身的自重產生基底摩擦阻力，以及前側巖土層所提供的被動壓力，從而克服豎向拉力和水平拉力使整個橋梁體系的達到靜力平衡，因此決定錨碇結構安全與穩定性的關鍵因素是相鄰巖土層能否提供足夠的抗力以限制結構位移。當地震波在錨固的巖土體和澆筑的錨碇結構中傳播時，其振動作用會使介質產生動力響應，使錨固周圍的巖土體發生不同程度的破裂變形和應力變化，使橋梁錨碇結構發生位移變形和失穩，影響基底摩擦阻力和被動壓力，從而破壞橋梁體系的靜力平衡，對橋梁主體的安全性產生威脅。

目前關于重力式錨碇穩定性的相關靜力學研究研究較多，相比動力荷載作用下重力式錨碇穩定性研究的進展緩慢，仍處于探索階段。因此，地震荷載作用下重力式錨碇的穩定性研究，是國內外工程地質學界普遍關心而又未解決的前沿和難點課題。地震荷載作用下錨碇的穩定性研究大多采用數值模擬進行分析，數值模擬技術雖然可以更直觀地獲得錨碇和周圍巖土體的振動響應特征，但其計算結果的正確性、可靠性難以保證。因此找到模擬地震荷載下重力式錨碇穩定性的模型試驗方法及系統不僅能為數值模擬的研究成果提供科學的參考及驗證，所獲得的數據又可用于指導實際施工中振動危害的控制，實現研究結果的定性與定量相結合的分析，因而具有重要的理論和實踐意義。

發明內容

本發明提供一種模擬地震荷載下重力式錨碇穩定性研究的模型試驗系統及方法，其試驗過程便于操作，既可實現控制單一變量原則，解決模擬地震振動波動力荷載加載操作性難的問題，又能夠客觀直接的反映出地震荷載作用下重力式錨碇及其周圍巖土體的穩定性變化規律，為錨碇式橋梁運營階段的安全穩定性評價提供依據。

為實現上述目的，本發明提供了一種模擬地震荷載作用下重力式錨碇穩定性研究的模型試驗系統，該系統包括：錨碇系統、荷載系統、量測系統。

所述錨碇系統由試驗箱、相似巖土層、錨碇體、鋼絞線構成，分別用以模擬實際橋梁重力式錨碇結構、主纜繩以及其周圍巖土層。

所述荷載系統包括靜力荷載系統和動力荷載系統，靜力荷載系統由砝碼、門式加載架、滑輪、鋼絞線構成，砝碼用以提供錨碇體的自重應力以及主纜繩的拉應力，門式加載架通過滑輪轉向支點將錨拉力作用在錨碇結構上，相當于拉索橋的塔墩,兩根鋼絞線相當于設置于大橋兩側的錨索。動力荷載系統由振動臺、木板、海綿構成，振動臺用以模擬提供不同等級的地震荷載，木板用以承振動臺和試驗箱，海綿用以吸收邊界反射地震波。