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。     

铁路岩溶地区多变量作用下的桩基承载特性分析

依托汉巴南铁路某桥梁桩基础工程,采用FLAC3D软件建立岩土-溶洞-桩基础三位一体的计算模型,分析岩溶地区桩基础在溶洞跨度、顶板厚度及溶洞形态多变量共同作用下的承载特性。结果表明：厚跨比不变时,顶板厚度的变化对桩基承载力的影响更为显著;长方体和圆柱体溶洞形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为1,而椭球体形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为2/3。通过顶板厚度对桩端承力影响曲线、顶板厚度对桩侧摩阻力影响曲线进行拟合,得到修正后的影响因子,进而对桩基经验公式进行修正,由修正后的经验公式所计算出的桩基极限承载力更贴合岩溶地区的实际情况。     

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。     

岩溶地区桥梁桩基础的设计与施工

通过对岩溶地区高速公路高架桥的桩基设计,总结了岩溶地区桩基的地质勘探原则、桩端溶洞顶板安全厚度计算以及不同地质情况下岩溶桩基的施工方案。     

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。     

广清高速桥梁桩基岩溶顶板安全厚度研究

以广清高速公路改扩建工程岩溶区桥梁桩基工程为研究对象,重点考虑基桩数量、桩径、溶洞尺寸等参数,构建桥基岩溶工程地质概化模型,为定量研究提供地质依据;基于力学分析与数值模拟,分别确定各模型桩基岩溶顶板最小安全厚度值,并将其与工程实际进行对比分析。结果表明:力学分析方法,在实际工程中仅可作辅助参考;数值分析方法,具有一定的工程实践意义;桩基岩溶顶板最小安全厚度一般为桩径的2.5~3.0倍。     

岩溶地区桥梁桩基处理综合技术措施

岩溶地区工程地质条件复杂,地下溶洞发育.如何确定桥梁基础形式,如何验算桥梁桩基安全稳定性,如何在设计、施工过程中确保桩基础质量,确定安全、合理、经济的基础设计及溶洞处理方案,是桥梁设计和施工人员普遍关注的问题.总结了夏蓉高速郴宁段多座穿越岩溶地区的桥梁桩基础处治经验和原则,并引用相关理论对桩基嵌岩方案进行合理性、经济性等多方面综合分析比较.通过计算,对传统设计上的保证嵌岩深度2倍桩径和保证较大的桩端溶洞顶板厚度进行了优化.     

岩溶区桥梁桩基桩长确定方法研究

根据岩溶区桥梁基桩的工程特点,并考虑桩身转动时桩尖断面与基底岩接触面上产生的反力矩等对基桩的影响,提出了岩溶区桥梁基桩嵌岩深度的计算方法;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,推导了岩溶区基桩下伏溶洞顶板稳定性计算新方法,并由此得出最小顶板安全厚度的确定方法.在此基础上,提出了如何根据地质钻探资料,确定岩溶区桥梁基桩桩长的计算流程,并应用于湖南省宁道高速公路,获得了较好的经济效益.     

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.     

基于岩溶顶板冲切破坏的桥梁桩基承载力分析

张家界至花垣高速公路是位于我国西部山区。工程建设中,遇到大量的岩溶问题,结合张花高速岩溶区桥梁桩基承载力问题,考虑桩端下伏岩溶顶板冲切破坏模式,对岩溶顶板对桥梁桩基的承载性能的影响进行了分析,提出了桩端下伏岩溶顶板厚度与桩体承载力的关系,并结合十标段大岩屋1号桥3#墩处桩基资料,给出了评估结果,并在算例基础上进行了参数分析,结果表明增大桩径可使桩体承载力提高,但并不明显,顶板岩体强度与人为设定的安全系数K对桩基承载力影响较大。     

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。     

桥基岩溶洞穴顶板稳定性综合评价

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,利用定性分析、结构力学的半定量分析方法和三维有限元定量计算手段,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行了综合评价。通过对不同厚度下溶洞顶板的应力和位移的力学响应分析,认为在确保单桩桩端标高选在强岩溶发育带以下的稳定岩层上,且顶板厚度大于8.0m,才能满足溶洞顶板的稳定性要求。考虑到青溪大桥4#桥墩所在承台基坑开挖的爆破震动影响,设计溶洞顶板安全厚度取值为8.5m,并采用钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及顶板岩体的变形进行了现场监测,结果表明,突破常规设计要求的8.0m溶洞顶板厚度施工是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。     

隐覆溶洞对地铁盾构隧道稳定性影响的数值分析

为研究岩溶区隐覆溶洞对盾构地铁隧道区间稳定性的影响，依托位于高原岩溶发育区昆明轨道交通4号线联大街站—吴家营站区间盾构地铁隧道工程，应用物探钻孔法和电磁波CT法勘探盾构地铁隧道区间的溶洞分布； 采用三维有限元数值分析方法，分别研究盾构隧道不同埋深时隧道下侧溶洞对隧道稳定性的影响，以及隧道周边溶洞半径、溶洞填充状态、溶洞位置、溶洞隧道间距对盾构隧道开挖稳定性的影响，分析岩溶发育区盾构法地铁隧道施工过程中隧道结构的稳定性。研究结果表明： 1）综合应用钻孔法和电磁波CT法，可较好地判断岩溶强发育区内的溶洞分布； 2）当隧道周边溶洞尺寸和位置不变时，盾构隧道围岩塑性区和变形量随溶洞埋深的增大而增大； 3）当隧道周边溶洞半径增大时，溶洞与隧道围岩间的应力集中区域变得分散，盾构隧道围岩变形量减小； 4）隧道周边溶洞内填充物及数量对盾构隧道围岩的变形量基本没有影响； 5）隧道周边溶洞位置对盾构隧道围岩变形的影响程度分别为盾构隧道围岩左、右侧的溶洞大于盾构隧道围岩下侧的溶洞，盾构隧道围岩下侧的溶洞大于盾构隧道围岩上侧的溶洞； 6）隧道周边溶洞仅在距隧道一定范围内才对盾构隧道施工稳定性有较大影响。     

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.     

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.     

山区高速公路隧道穿越特大型溶洞施工技术

为解决隧道穿越特大溶洞施工中存在的技术难点,保证隧道工程的实体质量,以白须公隧道为研究对象,通过对溶洞岩体地质状况实施勘测,对岩体的岩层走向和节理分布情况实地调查,根据溶洞的实际状况和收集的数据确定溶洞的处理方案。提出溶洞底部采用桩基处理,在基础上构建承台及支撑墙,溶洞底与隧道结合处采用横向联系梁连接,对溶洞靠隧道一侧的侧壁及顶部围岩采用清理和喷锚加固等处理措施,有效解决了隧道穿越特大溶洞技术难题。     

隧道底部溶洞顶板安全厚度预测模型

以某公路岩溶隧道为背景,采用二维弹塑性有限元方法对隧道开挖进行数值模拟计算,分析隧道底部溶洞顶板安全厚度的影响因素,研究各影响因素与安全厚度的相关变化规律,并用多元回归和支持向量机方法建立能综合体现各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型,从而为岩溶隧道设计施工提供一定的科学依据和指导。