岩溶土洞稳定性分析及TDR监测预警研究——以桂-阳高速公路K9～K23段路基工程为例

摘要

本文以桂林-阳朔高速公路K9～K23 段路基工程为例，主要是针对目前国内的TDR 监测技术的研究，想通过研究土洞（塌陷）的演化过程，找到一个合理的土洞失稳的判据，并对其稳定性作出评价；对不稳定的土洞采用TDR 监测，考虑到其监测的困难性想通过模拟计算得出一个最佳的监测梁埋深与土洞顶板厚度及跨度的关系。研究成果主要表现在以下几个方面：
　　 （1）通过三方面调研了土洞失稳判据分析：①无地下水活动时土洞稳定性；②水位下降时土洞稳定性；③地下水位恢复时土洞稳定性。通过数值模拟方法，模拟研究了不同土洞跨度、不同的土层性质下土洞顶板的厚度的关系。最后对桂林-阳朔高速公路K9～K23 段土洞稳定性做出分析。最后得出当土洞的稳定性可从稳定性系数和能承受最大荷载两方面考虑。①土洞位于地下水位以上，且上部无附加荷载时，土洞的稳定性系数与土洞的埋深无关，其稳定性系数取决于土洞半径，半径越大，稳定性系数越小。②位于地下水位以上，相同跨度的土洞，能承受最大荷载随土洞埋深增大而增大；也相对不容易发生塌陷；或者说浅层土洞比深层土洞更容易发生塌陷。③土洞位于地下水水位以下时，土洞稳定性是跨度和埋深的函数。跨度相同时，埋深越大，土洞在无上部荷载时的稳定性系数越小；
　　 埋深相同时，跨度越大，土洞在无上部荷载时的稳定性系数越小，所能承受的最大荷载越大。④土洞在低水位时比高水位时稳定，因此，高水位时的稳定性对隐伏土洞的稳定性起控制作用。
　　 （2）不稳定的土洞采用TDR监测。首先通过模拟计算得出一个最佳的监测同轴电缆埋深与土洞顶板厚度及跨度的关系。再对TDR监测信号分析，并对应用到桂阳路段的信号进行采集分析评价。通过数值模拟得出当TDR同轴电缆埋设深度为2m时，可以得到最佳检测效果。最后对桂阳路段TDR检测信号分析发现除了在埋设x3线的TDR同轴电缆可能因为土洞变形造成的断点破坏以外，直至现在（论文完成之时）x1、x2、x4、x8线的监测波形基本一致，暂时没有存在因土洞变形造成的TDR同轴电缆产生剪切破坏。而x3线的断电破坏已经发出预警，达到了TDR监测预警的目的。