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。     

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。     

岩溶地区桩基承载特性影响因素研究

为分析各因素对岩溶地区桩基承载特性影响,以指导桩基设计和施工。以龙怀高速公路岩溶区桥梁桩基工程为依托,通过ANSYS软件建立模型进行桩基荷载-位移特性分析。结果表明:岩溶对桩基承力性能有不利影响,且桩基作用于溶洞顶板较桩基内穿溶洞时影响更大;桩基内穿溶洞时,其极限承载力随溶洞高度和跨度的增加呈线性降低,且溶洞高度的影响更大;桩身弹性模量增加时桩基极限承载力提高,但弹性模量超过30GPa后提高速率减缓。     

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。     

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。     

花鱼洞拱座下覆溶洞变形的模拟分析

溶洞顶板稳定性是岩溶区一个重要的工程地质问题。文中以贵州岩溶区花鱼洞大桥桩基下隐伏溶洞为工程背景,综合研究了溶洞顶板的稳定性。针对实体工程,运用定性、半定量和数值模拟方法进行综合评价,确定桩基下伏溶洞顶板安全厚度大于6.4m。花鱼洞大桥贵阳岸下覆溶洞全部贯通,通过分析贵阳岸典型断面的位移矢量分布,得出最大位移达到60mm,位于中轴线拱座处,与现场开裂情况基本吻合,建议对贵阳岸拱座和4号桥墩下的岩溶进行回填加固。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。