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本文以紧邻既有京广铁路深大基坑为工程背景,采用现场测试、室内模型试验及数值模拟等多种研究手段,分析了锚索预应力损失影响因素,研究了锚索预应力变化特征,着重对列车振动荷载作用下,地层振动特性及桩锚体系变化规律进行了分析和研究,取得了一系列有益于工程实践的研究成果。(1)通过现场振动测试试验,分析了列车振动荷载在地表传播中的影响范围以及在地层中的传播规律,随着地层厚度增大,地层对列车振动波的能量逐步吸收,地层振动速度呈现出逐渐衰减的趋势;对不同普速列车车型通过时地层和围护桩的振动规律进行回归分析,首次得出不同机车轴重情况下的地层以及围护桩振动速度表达式。(2)对预应力桩锚支护体系现场监测数据进行深入分析,得出了锚索预应力损失规律,分析了锚索预应力损失影响因素,确定出锚索预应力损失短期影响因素与长期影响因素。揭示了京广铁路实际工程背景下列车振动荷载对桩锚支护体系的影响:基坑西侧既有京广线普速列车振动而引起的3道锚索附加预应力损失率分别为1.59%、0.96%、-0.09%;由于列车振动引起的附加地表沉降为2mm;引起的围护结构附加土压力为9.3k Pa。研究成果可为该工程的建设提供技术支持。(3)为了解基坑开挖及振动荷载对锚索预应力损失的影响,通过正交组合试验分析,研制了模拟地层及桩锚支护的室内试验材料、方法和装置。确定了锚索材料应力应变标定方法和拟合表达式σ=-3×10-11ε3+1.0×10-7ε2+0.0226ε-0.0358。通过静载模型试验,分析了基坑开挖过程中,地表沉降、桩体水平位移变化特征以及锚索预应力的损失规律,试验数据验证了采用桩锚加固体系可以有效地控制地表沉降、桩体水平位移,保证基坑稳定。开展了基坑开挖完成后连续振动162d(相似关系)的模型试验,分析了振动频率分别为1.852,3.086,4.629Hz时锚索预应力的损失规律、地表沉降、桩体水平位移以及锚索预应力随锚固深度变化的特点。试验结果表明:随着振动频率(列车行车速度)的增加,锚索预应力损失率、最终地表沉降值和桩体水平位移均大大增加;行车速度120km/h(f1=1.852Hz)下振动28d,锚索预应力平均损失率为2%;行车速度200km/h(f2=3.086 Hz)下振动53d,锚索预应力平均损失率为8%;行车速度300km/h(f3=4.629 Hz)下振动53d,锚索预应力平均损失率高达23%。锚固段锚索应力沿锚索锚固深度呈喇叭状开口呈递减趋势,接近锚固段底部时,其应力几乎为0。(4)采用FLAC—3D软件分别对静载作用下,土体应力场、塑性区范围以及锚索预应力的变化规律进行了数值模拟。模拟结果显示,在自由段,锚索应力一直处于平稳状态,数值没有变化;在锚固段,锚索预应力呈现出逐渐降低的规律。采用四参数模型,对桩锚体系进行了动力响应分析,第1、第2道锚索预应力均是随着时间的增加逐渐减小;第3道锚索自由段的锚索应力随着时间的增加出现了增大的现象。由于锚索锚固机理以及列车动荷载对锚索影响的复杂性,模型试验中仅考虑了振动频率对锚索预应力的影响,未考虑振幅、移动荷载间隔时间等因素的影响。后续还需进一步研究其他振动因素造成的锚索预应力损失,以获得更具广泛应用价值的成果。