巖溶區(qū)下伏溶洞空腔的嵌巖樁基穩(wěn)定性分析

巖溶區(qū)路基下伏溶洞頂板穩(wěn)定性分析及加固處理(PDFX頁(yè))

以湖南某巖溶區(qū)高速公路為工程依托,通過(guò)建立巖溶區(qū)路基下伏溶洞有限元模型,利用數(shù)值模擬方法分析了公路一級(jí)車(chē)道荷載作用、地下水影響以及采用碎石填充溶洞等3種工況下巖溶路基中附加應(yīng)力分布及變形規(guī)律。結(jié)果表明:車(chē)道荷載作用下,溶洞拱圈土層與石灰?guī)r巖層接觸面處出現(xiàn)應(yīng)力集中,溶洞頂面豎向位移達(dá)1.1cm;在地下水影響下,車(chē)道荷載引起的地表和溶洞拱圈最大豎向位移分別減小了39%和28%;采用碎石填充溶洞后,車(chē)道荷載引起的地表豎向位移減小了57%,有效控制了下伏溶洞對(duì)路基穩(wěn)定性影響。

巖溶區(qū)樁基破壞模式研究及穩(wěn)定性分析

巖溶樁基的應(yīng)用隨巖溶地區(qū)交通工程建設(shè)的快速發(fā)展而越來(lái)越普遍,如何評(píng)價(jià)樁端巖溶頂板穩(wěn)定性成為巖溶樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一,針對(duì)目前樁端巖溶頂板穩(wěn)定性分析平面假設(shè)的不完善性,考慮溶蝕作用形成的溶洞所具有的空間形態(tài)特征進(jìn)行巖溶樁基穩(wěn)定性分析。首先,將基樁作用下的巖溶頂板分別簡(jiǎn)化為固支梁、拋物線拱、圓拱與固支雙向板等承載模型,采用結(jié)構(gòu)力學(xué)與雙向板分析理論建立不同模型的樁端巖溶頂板抗彎最小安全厚度計(jì)算方法；其次,通過(guò)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析,揭示巖溶頂板最小安全厚度隨矢高的變化規(guī)律；在分析巖溶頂板沖切破壞與剪切破壞形式的基礎(chǔ)上,探討樁端巖溶頂板破壞模式的控制因素及其影響規(guī)律,進(jìn)而獲得樁端荷載、石灰?guī)r抗拉強(qiáng)度、溶洞跨度與矢高等因素對(duì)樁端巖溶頂板承載特性的影響規(guī)律；然后,基于溶洞鉆孔探測(cè)所得地質(zhì)勘查信息構(gòu)建巖溶樁基穩(wěn)定性分析流程,提出考慮溶洞空間形態(tài)特征的巖溶樁基穩(wěn)定性分析方法；最后,通過(guò)工程案例具體分析樁端巖溶頂板最小安全厚度及其破壞模式隨矢高的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:樁端巖溶頂板破壞模式不僅與溶洞跨度、樁徑有關(guān),而且與溶洞形態(tài)及其矢高也密切相關(guān),此外,石灰?guī)r抗拉強(qiáng)度對(duì)巖溶頂板穩(wěn)定性的影響同樣較大,詳細(xì)全面的工程勘察資料能使樁端巖溶頂板穩(wěn)定性分析結(jié)果更接近實(shí)際情況。

巖溶地區(qū)溶洞頂板穩(wěn)定性分析

關(guān)于“巖溶區(qū)含溶洞巖石地基穩(wěn)定性分析”的討論

考慮穿越復(fù)雜巖溶地質(zhì)樁基的實(shí)際受力情況,提出假設(shè),建立樁基承載力計(jì)算簡(jiǎn)化模型,并提出樁基承載力計(jì)算公式;最后基于實(shí)際工程,分析了相關(guān)參數(shù)對(duì)穿越復(fù)雜巖溶地質(zhì)樁基穩(wěn)定性的影響,得出樁徑的影響最為顯著的結(jié)論。

地質(zhì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)面、巖層性質(zhì)、溶洞洞體形態(tài)、地下水等,是定性評(píng)價(jià)溶洞地基穩(wěn)定性的重要因素。利用彈性理論,推導(dǎo)了巖石地基中溶洞周?chē)膽?yīng)力狀態(tài),利用格里菲斯強(qiáng)度理論,對(duì)含溶洞巖石地基的穩(wěn)定性進(jìn)行了定量計(jì)算判別。并且發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)底面尺寸、溶洞頂板厚度、溶洞跨度(直徑)及溶洞的斷面形狀對(duì)地基穩(wěn)定性的影響很大,而地下水產(chǎn)生的\"真空吸蝕作用\"對(duì)地基穩(wěn)定性的影響很小,洞內(nèi)充填物對(duì)地基穩(wěn)定的作用不明顯。

溶洞路基穩(wěn)定性直接影響到運(yùn)營(yíng)安全,需要進(jìn)行路基穩(wěn)定性計(jì)算分析研究。提出了溶洞路基穩(wěn)定性計(jì)算模型,結(jié)合工程實(shí)例,分析了某公路溶洞路基穩(wěn)定性,論證了加固方案的合理性。

結(jié)合實(shí)際路基穩(wěn)定性分析案例,闡述路基溶洞頂板穩(wěn)定性的分析方向,分析路基穩(wěn)定性的影響因素,提出穩(wěn)定性分析常用方法,包括工程類比法、計(jì)算法,希望可以提升路基溶洞穩(wěn)定性。

地下水產(chǎn)生的潛蝕作用和崩解作用,對(duì)地基中土洞發(fā)育乃至破壞失穩(wěn)有重要的影響。根據(jù)彈性理論及相關(guān)分析,可以獲得地基中土洞周邊土體的應(yīng)力狀態(tài),再利用莫爾-庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則,對(duì)其進(jìn)行安全穩(wěn)定性判別。結(jié)合工程實(shí)例計(jì)算,發(fā)現(xiàn)地下水位變化將導(dǎo)致土洞周邊土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生明顯改變,并有可能導(dǎo)致土洞地基破壞失穩(wěn)。

結(jié)合具體工程項(xiàng)目,調(diào)查了路基下伏小煤窯采空區(qū)的特征,利用flac3d數(shù)值模擬軟件和gps地表位移監(jiān)測(cè)手段對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了綜合研究。得出研究區(qū)原始地層和煤層開(kāi)采后的豎向和水平向應(yīng)力分布特征,圍巖的塑性變形和應(yīng)力重分布特征;路基加載后,模型整體位移增大,但水平位移較小;采空區(qū)的位移變形破壞并未波及至地表就已經(jīng)達(dá)到了新的平衡狀態(tài),但根據(jù)巖體的蠕變特性,仍需對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處治;處治后地表位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析與數(shù)值模擬結(jié)果相吻合,說(shuō)明處治后采空區(qū)對(duì)高速公路的正常運(yùn)營(yíng)影響不大。

以離石—軍渡高速公路師婆溝隧道下伏同德煤礦采空區(qū)為地質(zhì)原型,采用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)方法,研究了交通荷載作用下采空區(qū)覆巖移動(dòng)及地表殘余變形特征,依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)了采空區(qū)的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著交通荷載的增加,采空區(qū)冒落帶、裂隙帶、彎沉帶的殘余下沉量和地表殘余變形都呈不同程度地增大;交通荷載作用下的采空區(qū)巖體重新\"活化\

對(duì)“巖溶區(qū)含溶洞巖石地基穩(wěn)定性分析”討論的答復(fù)

盾構(gòu)隧道穿越溶洞密布的復(fù)雜環(huán)境時(shí),不可避免的引起巖溶開(kāi)挖區(qū)應(yīng)力場(chǎng)突變,嚴(yán)重時(shí)造成溶洞坍塌、隧道突水突泥等工程災(zāi)害.采用有限元模擬方法,基于巖層破壞機(jī)理,分別針對(duì)溶洞數(shù)量不同及排列方式不同這兩種重要因素,從隧道開(kāi)挖引起的位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和塑性區(qū)域三個(gè)方面分析巖溶隧道開(kāi)挖所引起的圍巖變化規(guī)律.結(jié)果表明:溶洞的存在使得隧道圍巖最大主應(yīng)力顯著提高,圍巖豎向位移隨溶洞個(gè)數(shù)增加而增大,圍巖周?chē)馏w的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、塑性區(qū)域均隨著洞-隧之間不同的排列方式而呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律.分析結(jié)果可為巖溶地區(qū)盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)提供理論及工程指導(dǎo).

隨著巖溶區(qū)干線公路建設(shè)的發(fā)展,針對(duì)巖溶區(qū)路基穩(wěn)定性的研究成為亟待解決的問(wèn)題。本文采用未確知測(cè)度理論對(duì)巖溶路基穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),選取16個(gè)對(duì)其影響較大的因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo),建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)的未確知測(cè)度函數(shù),利用熵權(quán)法求得各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值,最后參考置信度準(zhǔn)則判斷巖溶路基風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)。將該方法應(yīng)用到湖南省石門(mén)縣干線公路改造當(dāng)中,得出1#段路基和2#段路基的風(fēng)險(xiǎn)性等級(jí)分別為ⅳ級(jí)、ⅲ級(jí),這與采用專家經(jīng)驗(yàn)法及模糊評(píng)判分析法得到的結(jié)果相符。該方法可作為巖溶路基穩(wěn)定性分析的一種新手段,其分析結(jié)果可作為設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。

根據(jù)地勘資料顯示路基下存在溶洞情況,提出注漿填充+路基底板補(bǔ)強(qiáng)的處治措施,并對(duì)該處治措施下的路基穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析及現(xiàn)場(chǎng)沉降監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,溶洞處治達(dá)到了預(yù)期效果。

通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的有限元分析,研究了有軟弱下臥層的雙層體系地基的應(yīng)力和變形特性。計(jì)算結(jié)果表明,地基中塑性區(qū)首先出現(xiàn)在交界面處的上層土中,隨著荷載的增加,塑性區(qū)向交界面處上下土層均有擴(kuò)展,由于下層土較軟,塑性區(qū)擴(kuò)展較快,最后當(dāng)塑性區(qū)到達(dá)基礎(chǔ)底面時(shí),地基達(dá)到極限承載力。

為了分析基覆邊坡即含基巖和覆蓋層的邊坡在地震作用力下的穩(wěn)定性,采用數(shù)值模擬手段計(jì)算了邊坡幾何形態(tài)、地震波特征等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。計(jì)算結(jié)果顯示:在加速度峰值為140cm/s2的地震作用下,60m高基覆邊坡的臨界坡度約為27°,即坡度達(dá)27°時(shí)邊坡失穩(wěn)。坡度為29°的基覆邊坡其臨界高度約為48m,因此用冪函數(shù)關(guān)系擬合了臨界值狀態(tài)下基覆邊坡高度及坡度的關(guān)系,擬合公式為y=5×107x-4.132,其中x為邊坡坡度,y為邊坡高度。對(duì)于地震作用下對(duì)基覆邊坡穩(wěn)定性的影響程度而言,邊坡高度的變化最敏感,其次為邊坡坡度,最后為地震作用的加速度峰值。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,地下工程項(xiàng)目越來(lái)越多,特別是隧道開(kāi)挖工程。由于我國(guó)地形地質(zhì)條件復(fù)雜多樣,在開(kāi)挖前必須對(duì)隧道周?chē)刭|(zhì)條件進(jìn)行分析和評(píng)估,減少安全隱患。文章以巖溶區(qū)隧道開(kāi)挖為例,針對(duì)在巖溶區(qū)開(kāi)挖隧道會(huì)產(chǎn)生的不良效果,通過(guò)運(yùn)用國(guó)際上著名的大型巖土工程計(jì)算軟件flac3d,快速分析出溶洞在隧道不同位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變,通過(guò)討論和計(jì)算最終得出當(dāng)巖溶區(qū)存在于隧道周?chē)鷷r(shí),應(yīng)考慮偏壓對(duì)隧道穩(wěn)定性的影響,并加強(qiáng)隧道邊墻的支護(hù)。

橋梁樁基荷載下溶洞頂板穩(wěn)定性研究_汪華斌

以唐山古冶分公司新建11#樓下伏采空區(qū)為例,采用離散元方法程序3dec對(duì)采空區(qū)上方建筑物的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析。根據(jù)勘查獲得采空區(qū)分布范圍和采空區(qū)巖層信息,運(yùn)用由整體到個(gè)體的方法建立3d計(jì)算模型,分析不處理和處理情況下采空區(qū)的穩(wěn)定性。通過(guò)模擬計(jì)算,在不處理的情況下,監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量約為20cm;在模擬注漿充填體的物理特征來(lái)處理采空區(qū)的情況下,監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量約為3.5cm。模擬結(jié)果表明,采空區(qū)處理后,沉降量在建筑物允許沉降范圍之內(nèi),為施工采取相應(yīng)措施提供了理論依據(jù)。