基于扁拱突变理论的路基下伏溶洞顶板稳定性分析

根据路基下伏溶洞受荷体系的力学特性,将结构体系简化为两端固定铰支的扁拱模型;基于突变理论推导得到扁拱的能量势函数和分叉集方程,从而建立了路基下伏溶洞顶板突变模型平衡曲面;根据溶洞顶板突变失稳的条件,提出了确定路基下伏溶洞顶板的极限承载力及最小安全厚度的方法;并对溶洞顶板厚度h、溶洞顶板跨径l、溶洞顶板失高f、岩层的弹性模量E、溶洞顶板上覆荷载q五个影响因素进行参数分析,可得如下结论:溶洞顶板的极限承载力随着溶洞顶板厚度的增加,溶洞顶板失高的增加、岩层弹性模量的增加而增加,随着溶洞顶板跨径、溶洞顶板上覆荷载的增加而减小.     

基于模糊和突变理论的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析方法研究

首先根据岩溶区桩端溶洞顶板系统的工程特点,引入突变理论和模糊理论,对岩溶区桩端溶洞顶板系统进行多层次目标分解,建立出符合其工程特点的岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判层次结构模型;其次,依据突变理论基本原理,对各评判指标进行突变类型确定和突变类型归一化公式的推导,在此基础上,根据归一化公式进行量化递归运算得到岩溶区桩端溶洞顶板稳定性评判的总突变隶属函数值的计算方法;然后,引入模糊隶属函数构造方法,利用初始模糊隶属函数和突变级数将突变理论和模糊分析结合起来,建立出岩溶区桩端溶洞顶板稳定性分析的突变评判新方法;最后将本文方法应用于工程实例,分析结果验证了该方法的可行性与合理性。     

岩溶区桥梁基桩极限承载力的突变求解方法

分析了岩溶区桥梁基桩极限承载力组成特性及桩端破坏模式,将其极限承载力分为桩侧土体极限侧阻力、嵌岩段极限侧阻力及端阻力3部分.其中,桩侧土体极限侧阻力由各土层极限摩阻力求和可得,嵌岩段极限承载力则引入Hoek -Brown岩石强度准则,采用岩体质量评价指标进行描述.而后,针对岩溶区基桩工程的特点,结合突变理论的基本概念,建立了岩溶区基桩的力学简化模型及其势能函数的表达形式,并导出岩溶区桥梁基桩桩端极限阻力的尖点突变模型的分叉集方程.在此基础上,根据下伏溶洞顶板失稳破坏条件,求解分叉集方程导得岩溶区桥梁基桩桩端极限荷载的表达式,由此提出了岩溶区桥梁基桩极限承载力的确定方法.工程实例对比分析表明该方法的可行性.     

渝东南岩溶地区公路边坡坍塌机理分析与应急加固措施

渝东南岩溶地区公路边坡是富含溶洞的罕见边坡类型,具有地面坡度陡峭、基岩破碎程度高及地下水活跃等特点.溶洞的存在破坏了基岩的完整性,降低了边坡的整体稳定性,其边坡失稳具有大面积突发性,兼有崩塌与滑移的共同作用.该文结合重庆市秀山县G319国道岩溶滑坡体实例,首先研究此类边坡的坍塌机理,分析溶洞在边坡坍塌中的作用；其次运用模糊突变理论,建立符合此类边坡工程特点的稳定性评判层次结构模型,在此基础上,依据突变理论基本原理,对各评判指标进行突变类型的确定及归一化公式的推导,并以此进行量化递归运算；然后,引入模糊隶属函数的构造方法,建立出适合此类边坡稳定性分析的突变评判方法；最后,运用此突变评判方法对此类边坡进行稳定性分析评价,结合其坍塌机理,得出合理的应急加固设计方案.     

路基溶洞顶板稳定性影响因素分析

本文在综合分析岩溶区溶洞顶板稳定性常用计算方法的基础上,结合岩溶区路基溶洞顶板工程特点及溶洞顶板受力特性,建立出符合其工程特点的岩溶区路基溶洞顶板稳定性分析的力学模型,再运用弹性理论基本原理,导出岩溶区路基溶洞顶板岩层应力计算公式,并引入修正的Mohr-Coulomb强度理论,建立出岩溶区路基溶洞顶板安全厚度确定新方法.将该方法应用于某实际工程溶洞顶板的稳定性分析,效果良好,最后对影响溶洞顶板稳定性的各种主要因素进行了深入分析,获得了一些定性的结论.     

隧道围岩失稳的突变理论分析

本文通过探讨隧道围岩体发生塌方失稳破坏的机理,建立了隧道发生塌方失稳的突变模型,该模型可较好地解释隧道穿越软弱围岩时拱顶常发生大范围塌方的现象,具有较好的实用性。据所建立的突变模型,从刚度比、水致弱化系数比、几何一力学参数等参数进行了隧道围岩稳定性的突变分析,结果表明,水致弱化函数、几何参数、刚度比对软弱围岩体稳定性有很大的影响,分叉集上的点是系统产生失稳的点,系统受外界环境和内部性质改变时,则系统将跨越分叉集,产生突变失稳。通过深埋隧道围岩稳定性的突变理论分析,从地下水防治、超前支护、控制爆破及监控量测方面提出了深埋隧道穿越软弱围岩体引起塌方的预防控制措施,对于隧道施工具有很好的指导意义。     

考虑溶洞空间形态的岩溶桩基稳定性分析方法

岩溶桩基的应用随岩溶地区交通工程建设的快速发展而越来越普遍，如何评价桩端岩溶顶板稳定性成为岩溶桩基设计的关键问题之一，针对目前桩端岩溶顶板稳定性分析平面假设的不完善性，考虑溶蚀作用形成的溶洞所具有的空间形态特征进行岩溶桩基稳定性分析。首先，将基桩作用下的岩溶顶板分别简化为固支梁、抛物线拱、圆拱与固支双向板等承载模型，采用结构力学与双向板分析理论建立不同模型的桩端岩溶顶板抗弯最小安全厚度计算方法；其次，通过计算结果对比分析，揭示岩溶顶板最小安全厚度随矢高的变化规律；在分析岩溶顶板冲切破坏与剪切破坏形式的基础上，探讨桩端岩溶顶板破坏模式的控制因素及其影响规律，进而获得桩端荷载、石灰岩抗拉强度、溶洞跨度与矢高等因素对桩端岩溶顶板承载特性的影响规律；然后，基于溶洞钻孔探测所得地质勘查信息构建岩溶桩基稳定性分析流程，提出考虑溶洞空间形态特征的岩溶桩基稳定性分析方法；最后，通过工程案例具体分析桩端岩溶顶板最小安全厚度及其破坏模式随矢高的变化规律。研究结果表明：桩端岩溶顶板破坏模式不仅与溶洞跨度、桩径有关，而且与溶洞形态及其矢高也密切相关，此外，石灰岩抗拉强度对岩溶顶板稳定性的影响同样较大，详细全面的工程勘察资料能使桩端岩溶顶板稳定性分析结果更接近实际情况。     

岩溶区桩端下伏溶洞顶板稳定性分析研究

在总结归纳岩溶区溶洞项板稳定性分析方法的基础上,针对目前桩端下伏溶洞顶板稳定性验算方法中存在的问题进行相应改进,在溶洞顶板抗冲切、抗剪验算中分别引入格里菲斯判据和莫尔判据,对抗剪验算全面考虑了桩端岩层剪切破坏和溶洞平面投影边缘处岩层剪切破坏2种破坏模式,对完整、无裂隙顶板采用圆形固支板模型验算抗弯稳定性,最后将该方法应用到桌公路大桥的溶洞顶板稳定性验算中,计算结果表明该方法简单、实用.     

基于德鲁克-普拉格屈服准则的岩溶顶板安全厚度计算方法

通过引入德鲁克-普拉格屈服准则,研究路基下溶洞顶板安全厚度的计算方法,考虑了溶洞顶板受到路基荷载可能发生的冲切破坏等3种形式,提出了一种顶板安全厚度计算模型,并结合结构力学理论,得到了各种破坏模式下溶洞顶板安全厚度的计算表达式;最后结合工程实例进行验算,结果表明该方法可用于实际工程。     

隧道下穿施工影响下浅埋桥基稳定性的尖点突变评价方法研究

新建隧道下穿既有桥梁基础,特别是浅埋桥基时会对其产生不利影响,将尖点突变理论引入隧道下穿施工影响下浅埋桥基的稳定性评价,根据浅埋桥基系统失稳特点确定尖点突变模型的控制变量和状态变量,由尖点突变势函数推导出桥基结构的行为曲面方程,建立描述隧道下穿施工影响下浅埋桥基失稳的数学模型;然后根据该模型将桥基稳定性状态分为稳定阶段、不稳定阶段和失稳破坏阶段,并将各阶段的划分界限严格量化,作为结构的失稳判据;最后将此方法应用于某工程实例,分析结果和工程监测结果的对比表明该方法具有良好的分辨能力与准确性,为开挖施工影响下的浅埋桥基稳定性评价提供了一条新的思路与方法。     

路堤下伏溶洞受力模式和变形破坏的数值模拟

为进一步揭示溶洞的受力模式和变形破坏过程,根据勘察结果建立考虑地层分布、溶洞形状、溶洞位置等因素的模型,模拟路堤分层填筑的过程,采用力法、强度折减法分析溶洞受力模式及其对破坏的影响。通过预埋钻孔多点位移计监测路堤填筑过程中溶洞及其上覆土层的变形破坏过程,并建立数值模型重现其破坏过程。根据应力状态和Hoek-Brown强度包络线,将破坏形式划分为张拉破坏、拉伸剪切破坏和压缩剪切破坏,并分析顶板倾角和洞穴形状对破坏形式、变形及稳定性的影响。基于抗弯理论,推导路堤容许填筑高度的解析解,并根据地应力和拱效应进行修正。结果表明：弯拉应力在拱效应和地应力的挤压作用下减弱,导致溶洞顶板进入剪切塑性状态,而非拉伸塑性状态;由于未能考虑拱效应和地应力的挤压作用,以往按照简支梁假设计算的弯拉应力结果偏大;矩形溶洞的顶板受力状态以拉剪为主,而椭圆形溶洞的顶板由于拱效应受力状态主要为压剪,实际形状溶洞的稳定性介于二者之间;顶板倾角（25°以内）对变形和稳定性影响不明显,但溶洞顶板的受力模式由压剪变为拉剪;为防止岩溶失稳,应控制路堤填筑高度,但现行规范中厚跨比大于0.8的规定过于保守,抗弯估算法优于厚跨比评价法,但仍偏保守,考虑地应力和拱效应的修正抗弯估算法最接近工程实际和数值计算结果。     

溶洞上方路基基底位移分析

结合工程实例,运用FLAC^3D 2.1数值分析软件分析了溶洞上方条形基础基底的位移及溶洞项板厚度和跨度对路基基底位移的影响,得出了溶洞顶板厚度和跨度与基底沉降关系曲线。路基基底位移随顶板厚度的增加而减小,溶洞模型尺寸大小为12m×1.2m×10m、厚度为6m时位移为4．30cm,影响很小;路基基底位移随跨度的减小而减小,跨度为10m时位移为3．56cm,影响很小,可以不计。     

岩溶地区嵌岩桩安全性理论分析与应用

在岩溶地区进行嵌岩桩设计时,应选择具有一定安全厚度的基岩作持力层。基于溶洞顶板均质、各项同性等基本假定,根据桩端直径与桩底溶洞大小、类型,模拟外荷载作用下混凝土板受力变形破坏特征,并对溶洞基岩顶板进行简化分析,得到各种状况下的岩溶顶板安全厚度与桩端应力值、岩石单轴抗压强度、溶洞类型与大小等相关数学表达式。该式简单、直观,较全面反映了影响溶洞顶板安全厚度的各种因素,并得到实际工程验证。     

高桥墩-桩基结构体系屈曲的突变理论分析

在深入研究山区高桥墩-桩基结构体系屈曲机理的基础上,结合其工程特点,首先建立符合其工程特性的力学计算模型,引进突变理论与能量法原理,通过确定山区高桥墩-桩基结构体系的势函数和分叉集方程,建立山区高桥墩-桩基结构体系稳定性分析的尖点突变模型;然后通过分析山区高桥墩-桩基结构体系失稳条件,导出了高桥墩一桩基结构体系极限破坏荷载及其相应的墩顶水平位移计算公式;最后结合室内模型试验结果,对理论计算结果进行了对比分析.结果表明:试验结果与理论计算结果吻合较好,验证了该方法的合理性与可行性.     

高速公路隧道超大型溶洞处治技术研究

以湖北宜都至来凤高速公路太平隧道施工中遇到的超大型溶洞为例，根据溶洞形态和工程地质条件，通过多种方法对溶洞稳定性进行分析。结果表明:溶洞现状整体基本稳定；综合考虑溶洞稳定性评价结果、施工的安全性等，对太平隧道超大型溶洞处理技术进行研究，提出了保留顶板，洞内分别采用暗挖、明洞、立柱和梁板以及揭开顶板共4个方案，从技术支撑点、优缺点等方面进行方案比选，最终确定采用保留溶洞顶板，洞内采用明洞方案。     

考虑溶洞空间形态的路基岩溶顶板稳定性分析方法

岩溶路基随岩溶地区交通工程建设的快速发展而越来越普遍，如何评价岩溶路基稳定性成为岩溶区路基设计与施工的关键问题之一。针对目前路基岩溶顶板稳定性分析的不完善性，考虑溶洞形成过程中岩溶顶板所具有的空间形态特征，首先，将路基下伏岩溶顶板简化为固支梁、抛物线拱、圆拱与固支双向板等承载模型，以此进行路基岩溶顶板稳定性分析，并采用结构力学分析理论分别建立不同模型的路基岩溶顶板抗弯最小安全厚度计算方法；其次，通过典型案例的影响因素敏感性分析，揭示岩溶顶板最小安全厚度随溶洞顶板矢高、跨度、岩石抗拉强度与上覆荷载的变化规律，探讨路基岩溶顶板破坏模式的控制性因素及其影响规律，确定岩溶路基稳定性分析的基本原则；然后，基于岩溶地区地质勘察信息提出路基岩溶顶板稳定性分析过程，建立考虑溶洞空间形态特征的路基岩溶顶板稳定性分析方法；最后，通过工程实例计算分析验证所提方法确定的路基岩溶顶板稳定性评价结果的合理性与有效性。研究结果表明：岩溶顶板按何种模式破坏不仅与破坏形式有关，还与溶洞形态及其矢高密切相关，石灰岩抗拉强度同样影响较大，工程设计与稳定性评价时应基于勘测数据分析各种破坏模式，以便使设计或评价结果更接近实际情况。     

岩溶区公路路基稳定性及处治效果三维数值分析

为分析益娄高速公路岩溶区建设路段路基稳定性,利用有限差分软件FLAC3D建立了实际地质条件的三维数值计算模型,分别分析了溶洞处治前的路基稳定性及溶洞注浆填充后的加固效果,研究结果表明:当溶洞未处治时,数值分析与理论计算结果较为一致,溶洞顶板无法满足路基承载力要求;顶板产生剪切破坏,使得路基产生张拉破坏,进而引起路基表面发生明显的不均匀沉降趋势。对溶洞进行注浆填充处治后,溶洞顶板稳定,路基表面的不均匀沉降曲面由原来的"漏斗形"变为"半柱形",最大沉降量减少了28.2%,差异沉降满足路基的变形要求,保障了路堤及溶洞的稳定性。     

桩基荷载下溶洞顶板承载特性物理模拟研究

应用相似原理将溶洞顶板简化,通过对现场灰岩岩样的室内试验,并结合相似原理,选取能较好模拟灰岩力学特征的模拟材料.在自制桩基物理模拟试验平台上,对模拟项板试件进行极限承载力破坏试验,得到试件的应力应变曲线,并得出相应实际灰岩溶洞顶板的承载能力,为工程设计和施工提供依据.     

溶洞顶板极限承载力计算方法及试验研究

针对下伏溶洞顶板极限承载力问题,提出了一种计算下伏溶洞顶板极限承载力的方法。假定冲切体为一母线未知的旋转体,且破坏面与底面夹角为45°-φ/2,由极限分析法求出其母线表达式及溶洞顶板极限承载力计算公式。同时进行了下伏溶洞顶板及相应的基岩极限承载力室内模型试验,得到了1~5倍桩径的顶板厚度下溶洞顶板以及相应基岩的极限承载力,实测结果与本文理论吻合良好。研究表明:当溶洞顶板厚度为1~3倍桩径时发生冲切破坏,顶板厚度为4倍桩径时呈现冲切+撕裂复合破坏,顶板厚度为5倍桩径时,发生洞顶撕裂+桩端塑性复合破坏;同一跨径比条件下,溶洞顶板厚度为1~4倍桩径时,溶洞顶板的极限承载力随其厚度的增加呈线性增长,达到5倍桩径时溶洞顶板承载力与基岩基本一致。     

改进的突变评价法在干线公路过境方案决策中的应用

提出了一种基于突变理论的公路过境方案评价方法,并将其应用于对过境公路方案进行决策.该方法对多层评价目标进行分解,将底层评价指标进行标准量化后,运用不同突变模型的归一公式进行计算, 得到总突变级数值,从而实现对方案的综合评判.评价实例表明,该方法可避免人为确定权重的主观性,且计算简单、可靠性高.针对突变评价分值偏高的缺点,设计了分值变换方法,使得该评价方法具有实用价值.