巖溶區(qū)隱伏空洞對路橋工程穩(wěn)定性影響的研究.pdf

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

2、失敗。而采用理論計算研究的話,又常常需要對模型進行大量的簡化處理,計算結果與實際情況有時存在較大偏差。強度折減法已被廣泛運用于巖土工程穩(wěn)定性的研究分析,既能較為真實的反映實際情況,又更經濟、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)定性分析評價的指標之一,使分析結果更加客觀;而非均勻性是巖石的一個重要特性,本文在強度折減分析過程中引入了巖石的非均勻性,使分析結果更能反應實際情況;本文還將拉伸破壞準則引入模型的穩(wěn)定性

3、分析,采用帶有拉伸破壞的修正摩爾一庫倫準則作為臨界強度判據,使所得安全系數(shù)為考慮了壓剪和拉伸的一個綜合安全儲備系數(shù)。
　　 目前,工程中空洞影響的研究主要集中在具體工程實例中的分析以及處理方法的討論上,對空洞影響進行系統(tǒng)性研究的不多。本文在前人的基礎上,總結了巖溶地區(qū)路橋工程穩(wěn)定性的影響因素以及評價方法,詳細介紹了RFPA有限元強度折減方法的基本原理、強度準則、本構關系以及失穩(wěn)判據和安全系數(shù)的定義。采用RFPA強度折減版對路橋工

4、程中空洞對圍巖穩(wěn)定性的影響進行了研究。論文的主要從以下幾個方面分析了空洞對穩(wěn)定性的影響:(1)不同圍巖均質度條件下,空洞對路、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(對于路、橋基來說不同的埋深,對于隧道來說包括不同遠近以及分布位置)對路橋工程圍巖穩(wěn)定性響的規(guī)律性;(4)以崇遵高速公路建設中所遇到的路、橋基礎及

5、隧道巖溶問題為工程依托,對實際工程中空洞的影響進行分析,研究隱伏空洞對圍巖應力、位移的影響特性。
　　 通過以上四個方面的研究發(fā)現(xiàn):
　　 1.巖石的非均勻性對路橋工程的穩(wěn)定性影響較大。對于巖性較差,風化程度較高,比較破碎的巖體而言,巖體的安全儲備系數(shù)對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)定性也相應提高。路基下應變拱和路、橋基下弱應力區(qū)的監(jiān)測對于判斷其穩(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(長軸方向與最大主應力方向垂直)空洞對圍巖穩(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τ诠こ谭€(wěn)定性的影響要遠大于空洞深度的影響。路基頂板的塌陷是由于頂板兩側的拉應力過大而產生的拉破壞,橋基的塌陷則是由于頂板上方的載荷過大,超過頂板抗壓、抗剪力而產生的壓剪破壞。
　　 3.空洞洞徑大小和距跨比

7、對隧道穩(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。當空洞洞徑小于隧道洞徑的時候,一般都是隧道先發(fā)生破壞。隨著洞徑的增大,破壞逐漸向空洞轉移,特別是在空洞位于隧道底部時,甚至會發(fā)生孔洞將隧道破壞完全屏蔽,這時主要應注意隧道底部的變形。
　　 4.對路(橋)基礎而言,隨著空洞埋深的增大,安全系數(shù)逐漸增大,基礎穩(wěn)定性增強;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,基礎穩(wěn)定性減弱。