巖溶區(qū)隱伏空洞對(duì)路橋工程穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、巖溶災(zāi)害是也是交通建設(shè)主要工程地質(zhì)問題之一。而空洞是巖土工程穩(wěn)定性影響中的一個(gè)重要因素,其表現(xiàn)形式以溶洞、巷道最為常見。
　　 巖溶區(qū)含空洞路(橋)基礎(chǔ)和隧道在外部載荷和環(huán)境作用下會(huì)造成自身巖體強(qiáng)度的弱化,最終可能導(dǎo)致工程失穩(wěn)破壞?？斩丛谄淦茐倪^程中的作用和影響是一個(gè)及其復(fù)雜又具有挑戰(zhàn)的研究課題。而這類研究所面對(duì)的對(duì)象尺度都比較大,如果采用常規(guī)的物理試驗(yàn)需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力,并且實(shí)驗(yàn)過程中也可能會(huì)受到其它因素的干擾而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)

2、失敗。而采用理論計(jì)算研究的話,又常常需要對(duì)模型進(jìn)行大量的簡(jiǎn)化處理,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有時(shí)存在較大偏差。強(qiáng)度折減法已被廣泛運(yùn)用于巖土工程穩(wěn)定性的研究分析,既能較為真實(shí)的反映實(shí)際情況,又更經(jīng)濟(jì)、有效。本文在路橋工程穩(wěn)定性分析過程中首次采用距跨比代替距離作為穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的指標(biāo)之一,使分析結(jié)果更加客觀;而非均勻性是巖石的一個(gè)重要特性,本文在強(qiáng)度折減分析過程中引入了巖石的非均勻性,使分析結(jié)果更能反應(yīng)實(shí)際情況;本文還將拉伸破壞準(zhǔn)則引入模型的穩(wěn)定性

3、分析,采用帶有拉伸破壞的修正摩爾一庫(kù)倫準(zhǔn)則作為臨界強(qiáng)度判據(jù),使所得安全系數(shù)為考慮了壓剪和拉伸的一個(gè)綜合安全儲(chǔ)備系數(shù)。
　　 目前,工程中空洞影響的研究主要集中在具體工程實(shí)例中的分析以及處理方法的討論上,對(duì)空洞影響進(jìn)行系統(tǒng)性研究的不多。本文在前人的基礎(chǔ)上,總結(jié)了巖溶地區(qū)路橋工程穩(wěn)定性的影響因素以及評(píng)價(jià)方法,詳細(xì)介紹了RFPA有限元強(qiáng)度折減方法的基本原理、強(qiáng)度準(zhǔn)則、本構(gòu)關(guān)系以及失穩(wěn)判據(jù)和安全系數(shù)的定義。采用RFPA強(qiáng)度折減版對(duì)路橋工

4、程中空洞對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。論文的主要從以下幾個(gè)方面分析了空洞對(duì)穩(wěn)定性的影響:(1)不同圍巖均質(zhì)度條件下,空洞對(duì)路、橋基以及隧道圍巖穩(wěn)定性影響的規(guī)律性;(2)不同空洞斷面形式下(水平橢圓、圓形、豎直橢圓),空洞對(duì)路、橋基以及隧道圍巖穩(wěn)定性影響的規(guī)律性;(3)空洞不同洞徑大小及分布情況(對(duì)于路、橋基來說不同的埋深,對(duì)于隧道來說包括不同遠(yuǎn)近以及分布位置)對(duì)路橋工程圍巖穩(wěn)定性響的規(guī)律性;(4)以崇遵高速公路建設(shè)中所遇到的路、橋基礎(chǔ)及

5、隧道巖溶問題為工程依托,對(duì)實(shí)際工程中空洞的影響進(jìn)行分析,研究隱伏空洞對(duì)圍巖應(yīng)力、位移的影響特性。
　　 通過以上四個(gè)方面的研究發(fā)現(xiàn):
　　 1.巖石的非均勻性對(duì)路橋工程的穩(wěn)定性影響較大。對(duì)于巖性較差,風(fēng)化程度較高,比較破碎的巖體而言,巖體的安全儲(chǔ)備系數(shù)對(duì)均勻性的變化更加敏感。在相同巖性條件下,隨著巖體均勻性的增大,安全系數(shù)增大,巖體的穩(wěn)定性也相應(yīng)提高。路基下應(yīng)變拱和路、橋基下弱應(yīng)力區(qū)的監(jiān)測(cè)對(duì)于判斷其穩(wěn)定性具有重要的意義。

6、隧道頂板的穩(wěn)定性受均勻性影響較小。
　　 2.對(duì)于不同空洞的斷面形式,路橋工程的穩(wěn)定性不同。橫向近橢圓(長(zhǎng)軸方向與最大主應(yīng)力方向垂直)空洞對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響最大,豎向近橢圓空洞的影響次之,圓形空洞的影響最小?？斩纯缍葘?duì)于工程穩(wěn)定性的影響要遠(yuǎn)大于空洞深度的影響。路基頂板的塌陷是由于頂板兩側(cè)的拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生的拉破壞,橋基的塌陷則是由于頂板上方的載荷過大,超過頂板抗壓、抗剪力而產(chǎn)生的壓剪破壞。
　　 3.空洞洞徑大小和距跨比

7、對(duì)隧道穩(wěn)定性有顯著影響。隨著空洞洞徑的增大和距跨比的增加,隧道的安全系數(shù)隨之增大。當(dāng)空洞洞徑小于隧道洞徑的時(shí)候,一般都是隧道先發(fā)生破壞。隨著洞徑的增大,破壞逐漸向空洞轉(zhuǎn)移,特別是在空洞位于隧道底部時(shí),甚至?xí)l(fā)生孔洞將隧道破壞完全屏蔽,這時(shí)主要應(yīng)注意隧道底部的變形。
　　 4.對(duì)路(橋)基礎(chǔ)而言,隨著空洞埋深的增大,安全系數(shù)逐漸增大,基礎(chǔ)穩(wěn)定性增強(qiáng);在相同距跨比下,隨著空洞洞徑的增大,安全系數(shù)明顯下降,基礎(chǔ)穩(wěn)定性減弱。