[发明专利]地震荷载下重力式锚碇稳定性研究的模型试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种模拟地震荷载下重力式锚碇稳定性研究的试验系统及方法，该系统包括锚碇系统、荷载系统、量测系统。锚碇系统由试验箱、相似岩土层、锚碇体、钢绞线构成，荷载系统包括静力荷载系统和动力荷载系统，量测系统包括，精密测力计、角度侧量器、微型压力盒、激光测距仪、声波测振仪。本试验系统具体操作包括以下步骤：制作试验模型、布置监测系统，加载试验模型、调试监测系统，模型试验测试与数据记录。本发明实现在动荷载的加载过程中对锚碇体以及其周边岩土体的内力、位移以及振动速度等动力响应数据的动态量测，为进一步揭示地震荷载作用下重力式锚碇稳定性评价提供了试验依据和研究方法。

技术领域

本发明涉及桥梁技术以及地质灾害控制领域，具体涉及一种研究地震荷载下重力式锚碇稳定性的模型试验方法及系统。

背景技术

锚碇结构作为拉索类桥梁受力系统中的一部分，其本身以及周围岩土体的稳定性在桥梁建设和运营过程中具有重要意义。地震作为工程建设中常见的地质灾害，其产生的动力效应会对桥梁锚锭结构及其周边岩土体产生不良影响，从而影响拉索桥梁整体的稳定性。其中，重力式锚碇结构作为拉索桥梁锚碇中的常见形式，其主要作用是将桥梁塔墩传递过来的主缆拉力传递到相邻岩土层中去，利用其本身的自重产生基底摩擦阻力，以及前侧岩土层所提供的被动压力，从而克服竖向拉力和水平拉力使整个桥梁体系的达到静力平衡，因此决定锚碇结构安全与稳定性的关键因素是相邻岩土层能否提供足够的抗力以限制结构位移。当地震波在锚固的岩土体和浇筑的锚碇结构中传播时，其振动作用会使介质产生动力响应，使锚固周围的岩土体发生不同程度的破裂变形和应力变化，使桥梁锚碇结构发生位移变形和失稳，影响基底摩擦阻力和被动压力，从而破坏桥梁体系的静力平衡，对桥梁主体的安全性产生威胁。

目前关于重力式锚碇稳定性的相关静力学研究研究较多，相比动力荷载作用下重力式锚碇稳定性研究的进展缓慢，仍处于探索阶段。因此，地震荷载作用下重力式锚碇的稳定性研究，是国内外工程地质学界普遍关心而又未解决的前沿和难点课题。地震荷载作用下锚碇的稳定性研究大多采用数值模拟进行分析，数值模拟技术虽然可以更直观地获得锚碇和周围岩土体的振动响应特征，但其计算结果的正确性、可靠性难以保证。因此找到模拟地震荷载下重力式锚碇稳定性的模型试验方法及系统不仅能为数值模拟的研究成果提供科学的参考及验证，所获得的数据又可用于指导实际施工中振动危害的控制，实现研究结果的定性与定量相结合的分析，因而具有重要的理论和实践意义。

发明内容

本发明提供一种模拟地震荷载下重力式锚碇稳定性研究的模型试验系统及方法，其试验过程便于操作，既可实现控制单一变量原则，解决模拟地震振动波动力荷载加载操作性难的问题，又能够客观直接的反映出地震荷载作用下重力式锚碇及其周围岩土体的稳定性变化规律，为锚碇式桥梁运营阶段的安全稳定性评价提供依据。

为实现上述目的，本发明提供了一种模拟地震荷载作用下重力式锚碇稳定性研究的模型试验系统，该系统包括：锚碇系统、荷载系统、量测系统。

所述锚碇系统由试验箱、相似岩土层、锚碇体、钢绞线构成，分别用以模拟实际桥梁重力式锚碇结构、主缆绳以及其周围岩土层。

所述荷载系统包括静力荷载系统和动力荷载系统，静力荷载系统由砝码、门式加载架、滑轮、钢绞线构成，砝码用以提供锚碇体的自重应力以及主缆绳的拉应力，门式加载架通过滑轮转向支点将锚拉力作用在锚碇结构上，相当于拉索桥的塔墩,两根钢绞线相当于设置于大桥两侧的锚索。动力荷载系统由振动台、木板、海绵构成，振动台用以模拟提供不同等级的地震荷载，木板用以承振动台和试验箱，海绵用以吸收边界反射地震波。