基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明：通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。     

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.     

岩溶路基稳定性分析与处治措施

以大广高速南康至龙南段扩容工程C8标段岩溶路基工程为依托,采用理论及数值模拟方法对岩溶路基稳定性进行分析,研究溶洞路基稳定性和处理后的效果.研究表明:岩溶路基下溶洞的最小顶板厚度为1.26 rn,其溶洞无需处理.从处理效果及工程造价等方面综合考虑,对溶洞采用钢筋混凝土盖板进行处理,效果较好,路基产生的附加应力都集中在混...     

岩溶区土洞基础稳定性解析研究

本研究旨在给出非均布、非对称基础荷载作用下圆形、椭圆形土洞稳定性评价方法。首先,根据岩溶区土洞基础承载特性,考虑条形基础埋深、土洞形状和地下水情况,建立了8种不同条件下的简化计算模型。其次,基于Boussinesq解、Mindlin解分别对作用于地层表面、地层内部的非均布基础荷载进行积分,求得条形基础荷载引起的地层应力。再次,基于复变函数法,通过映射函数将圆形、椭圆形土洞转换为复平面内的单位圆,采用保角变换、柯西积分等方法分别求得考虑地下水或不考虑地下水的圆形、椭圆形土洞在自重影响下的应力场。然后,将土洞在条形基础引起的应力场和在自重影响下的应力场进行叠加,便可求得基础荷载作用下含土洞地层中的应力场。基于此,便可进一步求得含空洞地层中任意一点最大、最小主应力。在Mohr-Coulomb屈服准则的基础上,选取离基础较近的土洞周围的关键点,并对这些关键点进行稳定性验算,从而对基础荷载作用下土洞整体的稳定性进行评价。最后,采用工程算例验证了本研究方法的可行性与正确性,以期为岩溶区土洞基础初步设计提供参考。值得注意的是,本研究应力场的计算是基于弹性理论,并没有考虑土体由于塑性特征引起的变形,该部分对应力场的计算有一定影响,在今后的研究中还需进一步探讨。     

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。     

考虑嵌岩段侧摩阻力的溶洞顶板稳定性研究

为进一步完善岩溶区桩基荷载作用下的溶洞顶板稳定性评价方法,根据嵌岩桩荷载传递机理及溶洞顶板承载特点,建立了考虑嵌岩段侧摩阻力及溶洞顶板自重的简化计算模型。从抗冲切、抗剪切和抗弯拉3方面对溶洞顶板稳定性进行了分析。假定溶洞顶板发生冲切破坏时,会产生一个冲切圆锥台,取该圆锥台作为分析对象,并考虑冲切体自重的影响,对冲切破坏面上的最大、最小主应力进行了求解,同时引入格里菲斯准则,对溶洞顶板的抗冲切进行了验算。基于莫尔判据,对两种剪切破坏模式进行了验算:(1)桩端岩层发生剪切破坏,其破坏面由桩侧截面延伸至顶板底端;(2)溶洞顶板边缘岩层发生剪切破坏,其破坏面由岩层表面贯穿顶板边缘。根据弹性力学的变分法对溶洞顶板底面应力进行了求解。考虑到溶洞顶板底面中心处拉应力最大,则在抗弯拉验算中将该点作为验算点。将本研究所提方法用到某公路大桥的溶洞顶板稳定性验算中,并将验算结果与未考虑嵌岩段侧摩阻力的计算方法进行了对比。分析表明:嵌岩段岩层侧阻力占嵌岩桩设计荷载比值可达11.5%,这说明嵌岩段侧摩阻力占承载力比例较大,且随着嵌岩深度的增长,该比例将继续增大。因此,当嵌岩深度较长,岩石质量较好时,在实际工程中应适当考虑嵌岩段侧摩阻力的发挥。     

湖南省道S322线嘉宁段岩溶路基稳定性数值模拟分析与处治

在公路建设中,由于岩溶存在,又受荷载等因素影响,可能导致溶洞坍塌。以湖南省省道S322线嘉禾到宁远段为依托,对其下伏溶洞处理前后路基稳定性进行了数值计算,并进行了对比分析,探讨了不同顶板厚度对溶洞路基稳定性的影响。采用注浆与加铺混凝土盖板的综合加固法处理溶洞路基,取得了较好效果。     

岩溶地区公路修筑技术研究

为解决岩溶地区公路建设面临的工程技术、环境保护和可持续发展等诸多难题,通过大量调研分析、室内外试验、理论分析和数值计算,对岩溶地区公路建设中地质勘察、基础稳定性评价、筑路材料资源利用、工程病害处治和岩溶环境保护等五大方面的关键技术进行系统研究.开发了隐伏溶洞顶板变形监测技术与装置,隐伏溶洞精细探测技术,建立岩溶地区公路工程综合勘察技术体系;提出含隐伏溶洞地基公路路基稳定性评价方法、桥基承载力确定新方法;揭示岩溶水作用下路基变形破坏机理,提出相应公路岩溶病害防治技术;研发了路面抗滑耐磨材料、机制砂高性能混凝土;提出岩溶生态环境影响评价方法、公路路域植被变化规律,研发了岩溶水污染控制技术与处理设施等.     

岩溶发育区公路路基强夯处治方法研究与应用

该文首先通过离散-连续耦合数值模拟,研究一定夯击能作用下,不同跨度溶洞顶板的破坏模式。随后建立溶洞顶板跨度与击破顶板所需夯击能的关系,提出路基范围内未击破溶洞最大跨度的估算方法,在此基础上,可实现对路基作用下的溶洞地基进行稳定性评价,并视结果在路面基层设置双层配筋连续混凝土板进行加强,消除未击破溶洞塌陷威胁。最后,总结提出溶洞区路基强夯处理方法：根据初步勘察资料,选用一定夯击能对溶洞区进行大面积强夯,其间,对击破溶洞进行充填处理;对未击破溶洞进行稳定性评价,若稳定性验算不通过则在路面基层进行加固处理。这种方法无需查明路段内所有溶洞分布及其几何特征,能经济、高效地消除溶洞区路基的塌陷隐患,具有推广应用价值。     

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.     

水泥改良粉细砂路基工后沉降及空间应力分布研究

依托浩吉铁路路基工程，探讨粉细砂路基的工程灾害机理，并通过掺加水泥改良其压实性能，对改良的粉细砂路基内部的变形和竖向应力进行监测，分析了沉降及其空间应力分布特征。结果表明:粉细砂路堤存在压实性欠佳、振动强度衰减及边坡易失稳等问题，通过掺加水泥可以提高其压实性能，其水泥/粉细砂的最优配比为5%；竖向沉降随深度的增加总体上逐渐降低；竖向应力随时间变化不大，且随着深度增加总体上逐渐增大，除基床表层以外，基床底层和基床以下路堤区域均低于理论自重应力值；水平方向，对称位置处竖向应力差异较大，揭示了路基内部应力分布复杂的不均匀特征。     

基于流变的高速铁路深挖路堑长期上拱变形数值分析

路基竖向持续上拱变形是威胁高速铁路安全运行的重要因素，为揭示西南地区典型泥岩夹砂岩层深挖路堑长期上拱变形机理，基于软岩流变特性，结合室内试验结果，运用FLAC3D中的CVISC黏弹塑性模型模拟某高速铁路深挖路堑在考虑流变与不考虑流变情况下基底应力及竖向变形。研究结果表明:①工程区泥岩力学性能显著低于砂岩，且泥岩具有显著的流变性，砂岩不具有显著的流变性；②不考虑流变情况下，深路堑开挖后基底出现短期竖向回弹变形，浅层岩体水平压应力较竖向压应力大；③考虑泥岩流变特性后，基底砂岩层出现应力集中，路基出现随时间增长的持续上拱变形，而后逐渐趋于稳定。     

火山熔岩区不良地质特征及工程分类

火山喷发的岩浆在地表运动过程中,形成了特有的火山熔岩台地地貌、柱状节理、似层状构造以及地下熔洞、熔岩隧道发育,对高速公路的建设带来很多隐患。通过海南琼北火山熔岩地区的地质调绘,得出了火山熔岩区不良地质表现形式及主要工程特征。基于熔岩区公路路基工程病害成因分析,建立了熔岩不良地质特征的单因素工程分类及综合工程分类,对于路基的稳定性评价和工程处治十分必要。     

基于ANSYS的高速公路路基动力响应特性模拟分析

以京化（北京-阳原县化稍营）高速公路二期路基工程为研究对象,借助非线性有限元数值分析软件AN-SYS进行了数值仿真模拟,研究分析车辆动荷载作用下路基的动力特性。结果表明：车辆动荷载作用下,路基动应力随深度的增加而呈衰减趋势;车辆动荷载对路基竖向动应力值σy影响较大,而水平向动应力值σx影响相对较小;车速差异对路基动应力值影响显著;动应力值沿水平方向衰减较快,其传递距离存在一定的范围。     

红岩寺至景阳公路路基边坡稳定性分析

对红岩寺至景阳公路K36+265~+355段路基边坡工程,分别采用二维极限平衡法和三维数值模拟法,从岩土体内部变形和应力的角度出发并结合安全系数大小进行边坡稳定性分析。结果表明:研究区整体已发生变形,变形以垂向沉降和纵向下滑为主;整体土层均受拉应力;存在潜在滑动面,滑面为圆弧形;边坡在正常工况下整体处于稳定状态,在降雨作用下,将形成潜在破坏面。考虑到暴雨天气及升级改造的种种未知因素,需要对此路段加以防护,以免路基滑塌。     

钢塑格栅在高速公路拓宽工程中的应用研究

新老路基的拼接处是改扩建公路的薄弱部位,最容易沿着结合面出现破裂面,为此钢塑格栅加筋技术在新老路基拼接工程中应用广泛。为研究钢塑格栅加筋拓宽路基的处治方案及效果,结合京沪高速公路拓宽工程,对钢塑格栅在新老路基拼接中的应用进行研究,结果表明：钢塑格栅加筋拓宽路基可以改善新老路基拼接部位受力状况,根据工程实际情况在新老路基拼接处合理铺设钢塑格栅,可以有效抑制拓宽路基土体的竖向和水平位移,优化钢塑格栅的加筋效果。     

土岩复合地层大跨地铁车站地震响应特征研究

为了研究位于土岩复合地层的大跨地铁车站在地震作用下的动力响应特征,采用有限元软件建立地层-结构模型,分别用Drucker-Prager弹塑性模型和混凝土损伤破坏模型模拟岩土体和混凝土衬砌,并在数值模拟的同时输入水平和竖向地震动进行动力时程分析。基于数值计算结果,对车站结构关键点的最大和最小主应力时程、关键时刻的主应力分布状态等进行分析,结果表明:1)车站结构最大拉应力主要发生在中板腋角、边墙上部和拱底等拐角区域;2)结构破坏主要表现为受拉损伤破坏;3)结构的压应力相对较小,未出现明显的受压破坏。     

滨海软土区泡沫混凝土路基施工技术与沉降控制研究

以台州湾大桥及接线工程部分路段路基工程为背景，从原材料、浇筑、养护和质量控制等方面提出了一种适用于滨海软土地区路基泡沫混凝土填筑施工技术，并通过数值模拟分析泡沫混凝土路基沉降。结果表明:泡沫混凝土路基工后沉降比传统填筑路基减少11.3 %，该技术效果良好，适用于滨海软土区路基工程。     

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。     

土工格室在处治路基不均匀沉降中的应用研究

结合广州北二环高速公路路基不均匀沉降处治工程,应用MARC软件,采用基于直接约束的接触迭代算法和COULOMB摩擦模型模拟半填半挖路基挖方段和填方段的非线性接触,对土工格室处治方法进行了数值仿真;并通过土工格室复合体的承载板试验及实体工程的现场沉降观测,对该处治方法的作用机理进行了研究。结果表明:土工格室复合体具有较大的弯拉刚度与抗剪强度,此复合体能够部分隔离应力和位移的传递,从而柔性过渡和协调了半填半挖路基顶面的沉降;它对局部荷载具有网兜效应,使荷载的分布更为均匀;土工格室的加筋作用减小了土中的竖向应力和剪应力,增强了路基的稳定性,从而达到消除路基不均匀沉降的目的。实体工程表明:土工格室是一种有效解决路基不均匀沉降的方法。