岩溶区基桩下伏溶洞顶板竖向承载机理及其试验研究

摘要

我国西部地区岩溶地质条件极为复杂，桩基础在岩溶区中应用广泛。由于基桩下伏溶洞的存在，加大了基桩设计与施工难度，容易造成工程质量及安全问题，严重制约岩溶区基础设施建设。因此，有必要开展岩溶区基桩与溶洞体相互作用关系、承载特性与破坏机理以及溶洞顶板的稳定性研究。本文在前人已有研究的基础上，结合国家自然科学基金项目“岩溶区基桩竖向承载机理及其设计计算方法研究”（项目编号:51278187），对岩溶区基桩及其下伏溶洞顶板做了如下研究工作：
　　首先，归纳了影响岩溶基桩竖向承载机理的几个主要因素，分析了岩溶区基桩荷载传递机理，对基桩的荷载传递过程、桩侧阻力和桩端阻力的计算模式进行了探讨，并结合岩石的破坏机理，对岩溶区岩溶项板的冲切破坏、剪切破坏及弯拉破坏模式进行了预测;将基桩-岩溶体系视为整体，分别对梁板模型和拱模型进行了深入的探讨，得到了溶洞顶板的发生冲切破坏模式下的承载力解析解和岩溶项板冲切锥台破坏母线方程，以及基于突变机制的承载力和项板安全厚度计算公式。
　　其次，根据相似理论，设计并完成了四组不同厚跨比条件下，基桩下伏溶洞顶板冲切特性室内模型试验，得到了基桩和顶板的荷载-位移曲线、顶板底面的应变-位移曲线，并分析了桩-溶洞体系冲切特性承载机理。结果表明，试验板的冲切破坏是剪切效应和弯曲效应综合作用的结果，随着厚跨比的增大，桩-溶洞体系的极限承载力有所增大，位移量有所减小，剪切效应趋于明显，弯曲效应逐渐消失。并通过分析了四组厚跨比条件下试验板冲切锥台，拟合了冲切锥台破坏母线与厚跨比的关系曲线。
　　最后，引入点安全系数法分析基桩下伏溶洞顶板的稳定性，推导空间点安全系数计算方法，编制了溶洞点安全系数FISH命令流，运用FLAC3D数值分析软件，结合工程实例，得到了溶洞模型的点安全系数等值线图，为工程实践提供了理论基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 岩溶发育条件及其规律

1．1．2 岩溶地貌简介

1．2 岩溶地基工程特性及其评价

1．2．1 岩溶地区的工程分类

1．2．2 岩溶地区对工程的影响

1．2．3 桩基础的适用范围

1．3 岩溶区基桩研究现状及其发展趋势

1．3．1 岩溶区基桩下伏溶洞顶板稳定性研究现状

1．3．2 岩溶地区溶洞顶板安全厚度及承载力研究现状

1．4 本文研究内容及主要工作

第2章 岩溶区基桩溶洞顶板竖向承载机理研究

2．1 概述

2．2 影响岩溶区基桩承载特性的主要因素

2．3 岩溶区基桩及岩溶顶板荷载传递特性

2．3．1 桩侧荷载传递特性

2．3．2 桩端荷载传递特性

2．3．3 岩溶顶板荷载传递特性

2．4 岩溶顶板破坏模式

2．4．1 岩石的变形性质

2．4．2 岩石的破坏判据

2．4．3 岩溶顶板的破坏形式

第3章 岩溶区基桩溶洞顶板竖向承载力的确定方法

3．1 概述

3．2 基于梁板结构模型的竖向承载力计算

3．2．1 模型计算假定

3．2．2 岩溶区基桩竖向承载力计算

3．2．3 锥台破坏母线推导

3．3 基于拱结构模型的竖向承载力计算

3．3．1 计算模型假定

3．3．2 尖点突变模型的建立

3．4 两种基桩溶洞顶板的承载力方法的比较

第4章 考虑厚跨比的岩溶顶板竖向承载模型试验研究

4．1 概述

4．2 模型试验设计

4．2．1 相似原理简介

4．2．2 模型试验概况及设计方案

4．3 模型试验过程

4．3．1 试验模型的浇筑

4．3．2 试验加载及数据采集

4．3．3 试验破坏过程

4．4 试验结果及分析

4．4．1 试验结果

4．4．2 试验分析

4．5 小结

第5章 基于点安全系数法的基桩下伏溶洞稳定性分析

5．1 概述

5．2 点安全系数法简介

5．2．1 点安全系数定义

5．2．2 点安全系数法的应用

5．3 基于点安全系数法的工程实例分析

5．3．1 工程实例简介

5．3．2 数值模型建立

5．4 模拟结果分析

5．5 小结

结语

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间的学术论文及科研情况