岩溶区下伏溶洞顶板极限承载力计算方法及试验研究

摘要

岩溶在我国分布广泛，中西部地区分布尤为集中。随着我国中西部开发的推进，越来越多的桥梁、建筑等工程将建设于岩溶地基之上。传统的桩基法处理岩溶地基时，通常将桩穿过溶洞，将桩头嵌入下部稳定基岩内，该处理方式造价昂贵。实际上当溶洞顶板完整，顶板有一定厚度时，可以直接将桩基置于溶洞顶板之上。工程实践中，通常依据经验将硬质完整基岩条件下顶板厚度与溶洞跨径不小于1时的岩溶地基视为稳定地基，目前完善实用的溶洞顶板承载力计算方法较为缺乏。本文结合国家自然科学基金“岩溶区桩基桩端岩层破坏模式及安全厚度计算方法研究”(项目编号：51208195)课题对完整基岩条件下溶洞顶板承载特性及承载力计算方法进行系统深入的研究，并提出合理实用的溶洞顶板承载力计算方法，主要的研究内容如下： （1）通过室内模型试验，得到了不同顶板厚度及荷载偏心距下溶洞顶板破坏模式及极限承载力，并分析了不同溶洞顶板厚度和荷载偏心距对溶洞顶板极限承载力与破坏模式的影响，结合规范对不同溶洞顶板厚度下的安全系数进行了探讨。 （2）基于极限平衡法，推导了e=0时考虑破坏面上抗拉应力与抗剪应力同时作用时的溶洞顶板极限承载力计算公式。基于极限分析法以及格里菲斯强度准则，推导了e=0时，假定破坏面与冲切体底面夹角以及不假定破坏面与冲切体底面夹角时溶洞顶板极限承载力计算公式。 （3）依据试验结果，对于存在荷载偏心(e≠0)时溶洞顶板极限承载力，通过变分法得出冲切体底面直径已知的破坏模式，并对冲切体底面直径求偏导得出e≠0时溶洞顶板极限承载力的上限解，然后对结果进行简化，得到简化的计算公式。同时给出了能发生冲切破坏范围的估算方法。 （4）对试验结果与理论计算结果进行对比分析，结果表明：e=0时，基于极限平衡法单独考虑拉、剪应力的计算结果过于保守，考虑拉、剪应力同时作用的计算结果稍偏于保守；基于极限分析法计算得到的冲切破坏模式以及极限承载力与试验结果吻合较好，假定冲切体底面与破坏面夹角为(π/4-φ/2)时，计算结果偏高于试验结果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究的目的及意义

1.2溶洞顶板承载力研究现状

1.3本文研究内容

第二章 溶洞顶板极限承载力试验研究

2.1 引言

2.2 试验方案

2.3 基岩模拟材料选择及测试

2.4 试验槽及加载系统

2.5 位移及桩端力量测系统

2.6 试验方法及步骤

2.7试验现象及数据结果

2.8数据结果分析

2.9 本章小结

第三章 中心荷载作用下溶洞顶板极限承载力计算方法

3.1 引言

3.2基于极限平衡法的极限承载力求解

3.3 基于极限分析法上限定理的极限承载力求解

3.4本章小结

第四章 偏心荷载作用下溶洞顶板极限承载力计算方法

4.1引言

4.2基本假定

4.3冲切破坏模型上限分析上限分析

4.4破坏模式r的求解

4.5冲切体高H的求解

4.6 简化计算

4.7冲切范围估算

4.8本章小结

第五章 理论计算结果与试验结果的对比分析

5.1e=0时理论计算结果与试验结果对比分析

5.2 e≠0时理论计算结果与试验结果对比分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢