高速公路桥基荷载作用下溶洞顶板稳定性研究

摘要

我国岩溶地区分布广泛，随着工程建设规模逐步扩大，在岩溶地区修建各类工程设施成为必然，人们也逐渐认识到岩溶地质对结构物的危害性，特别是在桥梁桩基施工过程巾遇到埋藏型岩溶地层，一般考虑将桩基作用在溶洞顶板之上。因此，溶洞顶板稳定性研究工作被提到重要议程。本文以益娄高速公路埋藏型岩溶工程特性及处治技术研究项目为依托，开展对岩溶溶洞顶板与桥梁桩基的相互作用机理及其稳定性研究，为后续工程的设计以及安全施工提供一定的借鉴作用，具有很大应用价值。论文所做的主要工作及研究成果如下:
　　(1)本文首先介绍了埋藏型岩溶的特征，通过对模型做出基本的假设，将基桩与顶板的模型进行分类简化，得到了10种熟悉的力学结构模型，在此基础上，采用弹性力学中的薄板理论对溶洞顶板与桥梁桩基荷载系统模型做了详细的受力分析，得出了对应的顶板厚度检验公式。
　　(2)根据建设工程中对基岩洞穴顶板的实际处理经验，分析了溶洞顶板稳定性影响因素，经分析可知:溶洞处于某一埋藏深度时，顶板跨度越大，其允许最小安全厚度越大;而溶洞洞深越深，其最小安全厚度更小;得出顶板跨度是溶洞稳定的非常不利因素，而溶洞的洞深是其稳定的有利因素。
　　(3)从溶洞失稳的原因着手分析了岩溶失稳机理，引入岩石强度理论，建立岩溶失稳模型对其机理进行分析，分析得出，其实岩溶失稳机理即为力学机理:荷载作用导致岩土体强度失效以致失稳。
　　(4)从上述结构模型中选取梁板模型来进行模拟分析，并结合该模型的特点对不同桩径下顶板的稳定性做了抗冲切、抗剪切以及抗弯验算。经验算可知，由基桩和顶板组成的类梁板模型整体呈安全稳定状态，其计算结果能指导工程设计与施工。
　　(5)本文采用数值软件FLAC-3D，对益娄高速公路第10合同段石坝冲大桥位于K81+843和K81+878桥墩下的基桩和溶洞顶板稳定性进行了模拟分析。通过分析，笔者建议采用套筒加固技术对K81+878处的基桩进行加固，研究结论可以作为益娄高速公路桥基工程设计与施工的依据。此外，数值模拟对于此类问题的分析实用可靠，值得更深入研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 研究现状

1．2．1 桥基荷载与溶洞顶板相互作用受力分析研究现状

1．2．2 岩溶溶洞顶板稳定性分析研究现状

1．2．3 岩溶顶板处治技术

1．3 论文主要研究内容和研究思路

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

1．3．3 技术路线

第二章 溶洞顶板与桥基荷载相互作用机理分析

2．1 埋藏型岩溶的特征

2．1．1 我国南方地区埋藏型岩溶区分布特征

2．1．2 埋藏型岩溶地下水特征

2．1．3 埋藏型岩溶环境地质特征

2．1．4 埋藏型岩溶的地面塌陷特征

2．2 岩溶顶板与桥梁桩基荷载作用系统简化模型

2．2．1 桥梁桩基与顶板模型的基本假设

2．2．2 桥梁桩基与顶板作用体系模型简化

2．3 溶洞顶板与桥梁桩基荷载系统模型受力分析

2．3．1 薄板力学模型相关公式

2．3．2 力学模型分析

2．4 本章小结

第三章 溶洞顶板稳定性影响因素分析

3．1 稳定性影响因素分析

3．1．1 地质构造

3．1．2 岩石物理力学特性

3．1．3 溶洞的几何因素

3．1．4 溶洞充填物

3．1．5 外加荷载及桩

3．1．6 其他因素

3．2 影响因素敏感-I生分析

3．2．1 不同溶洞尺寸的对比分析

3．2．2 不同桩径的对比分析

3．2．3 外加荷载的比较分析

3．3 本章小结

第四章 溶洞顶板失稳机理与稳定性计算分析

4．1 溶洞顶板失稳机理分析

4．2 岩石失效分析

4．2．1 岩石强度理论

4．2．2 岩溶失稳模型的建立

4．3 溶洞顶板的稳定性计算分析

4．3．1 计算模型参数的选取

4．3．2 岩溶顶板所受荷载的确定

4．3．3 稳定性计算与分析

4．4 本章小结

第五章 工程实例分析

5．1 工程简介

5．2 岩溶发育特征

5．3 数值模拟结果及分析

5．4 溶洞处理建议

5．5 本章小结

结论和展望

结论

展望

参考文献

致谢

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