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。     

下伏岩溶与桩基耦合作用研究

为探求下伏岩溶与上方桩基之间的耦合作用,对岩溶顶板与桩基作用体系进行抽象概化,建立8种力学模型,基于弹性力学薄板理论及材料力学梁理论进行理论力学分析,并结合工程实践对比分析各力学模型下岩溶顶板安全厚度及桩基极限承载力。计算结果表明：不同力学计算模型适用于不同实际工程;同一条件下各力学模型计算结果差别较大。因此,合理选择适合于实际工程的溶洞顶板及桩基作用体系力学模型至关重要。     

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。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

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。     

隐伏岩溶洞群对公路隧道顶板承载力影响的研究

针对西南地区岩溶隧道的实际工程,开展了隐伏岩溶群对公路隧道顶板承载力影响的三维数值敏感性分析研究。经对岩溶顶板稳定性影响因素分析,选择溶洞顶板厚度、顶板岩体的工程地质特性(定量指标为岩体的力学参数)、溶洞的宽度、溶洞高度、上覆土层厚度为影响溶洞顶板稳定性的五个主要影响因素作为影响因子,进行正交敏感性数值试验。根据影响因素敏感度的正交三维有限元法分析结果得出,影响顶板承载力和顶板中心下沉位移大小顺序依次为:岩体力学参数、顶板岩层厚度、覆盖土层厚度、溶洞宽度、溶洞高度。     

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。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

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。     

陡坡—岩溶耦合作用下公路桥梁桩基极限承载力的计算

为研究陡坡—岩溶耦合作用对桩基竖向承载特性的影响,基于现行规范中的桩基极限承载力标准值公式,采用Marc有限元软件对4种顶板厚度、5种坡度进行正交模拟试验,分别提出了针对顶板厚度和坡度对于桩基竖向分项承载力的修正系数。试验结果表明,桩基极限承载力随坡度增大而逐渐减小,坡度大于45°时,减幅达到29.83%;当顶板厚度大于3倍桩径后,继续增加顶板厚度对桩基极限承载力的提高效果不大,稳定在19%左右。根据计算结果分析桩基竖向分项承载力占比的变化规律,提出了同时考虑顶板厚度和坡度的桩基竖向极限承载力标准值的计算公式以及修正系数αi、β。     

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。     

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。     

基于ANSYS的岩溶地区桥梁桩底持力层厚度分析

在岩溶发育地区桥梁设计和施工过程中,经常遇到端承桩桩端持力层厚度不足的问题。目前交通部有关规范以及各个地方标准中,有对桩端持力层厚度进行相应要求,但并无统一标准,同时也没有给出吃力层厚度计算的有效方法。本文通过实际的工程案例,对桩端持力层厚度与溶洞跨度以及桩基入岩深度之间的关系进行分析,为以后类似工程有关桩底持力层厚度的判定提供一些思路和借鉴。     

桥梁群桩基础沉降的数值分析

在桥梁工程中,较大的基础沉降不仅改变桥面线形,严重的还将改变结构受力状况,降低结构的安全度。针对桥梁桩基础问题的不确定性和复杂性,采用空间有限元软件建立了桩土耦合作用的分析模型,并使用并行计算策略提高计算效率,通过实际工程分析了上部荷载、填土高度、桩长、桩径对桩基础沉降的影响,建议对处于软弱土层中的大型桥梁桩基础沉降问题有必要进行三维有限元数值分析,以确保结构的安全。     

桥梁工程中PHC桩优化设计

为解决PHC桩在桥梁工程中的推广应用问题,采用FLAC 3D有限元软件、结合实体工程和现场试验对PHC桩桩基和承台的优化没计问题进行研究.通过分析桩长以及桩间距对群桩效应系数和承台荷载分担比的影响,得出桥梁工程中PHC桩的长径比宜为35左右,桩间距宜为3～4倍桩径.通过对承台的综合优化得出不同桩径下合理承台的有效厚度.通过实体工程应用分析得知:PHC桩用于桥梁工程是可行的,提出的PHC桩优化设计方法是合理的,桥梁工程中PHC桩承台符合“撑—系杆”设计模式.