FAILURE PATTERN STUDY AND STABILITY ANALYSIS OF PILE FOUNDATION IN KARST AREA

在室内模型试验的基础上,采用有限差分法对桩基荷载作用下岩溶地基的稳定性进行数值模拟分析,得出溶洞周围岩体在桩基荷载作用下内部应力、应变的变化过程及破坏面的形状和位置等,提出判断岩溶区桩基稳定性的有效判据。归纳总结岩溶区桩基及其下伏溶洞的破坏机理和破坏模式,主要包括桩基破坏和溶洞围岩破坏。破坏模式主要受溶洞大小、荷载作用位置以及溶洞顶板厚度等因素影响,其中溶洞顶板厚度为主要影响因素。     

桥梁桩基荷载下溶洞顶板稳定性研究

基于 Hoek-Brown 准则,考虑溶洞顶板和桩基相互作用受力特性,针对岩溶地区溶洞地质条件的固支、简支圆板和矩形板4种模型,应用弹性力学推导溶洞顶板在桩基荷载下的最大应力计算式;引入 Hoek-Brown 准则作为判定顶板破坏的依据,得出顶板在不同简化模型下的顶板厚度理论计算公式以及在冲切、剪切破坏下的安全厚度计算公式。以江肇高速公路西江特大桥南引桥5号墩 C 桩桩基为研究对象,结合 Hoek-Brown 准则参数到Mohr-Coulomb准则参数的等效转换方法,得到不同板模型和抗剪切、冲切顶板安全厚度的计算结果。此外,应用有限元数值模拟方法得到不同板模型顶板安全厚度的数值模拟结果。通过比较理论验算和数值模拟结果不难发现：引入 Hoek-Brown 准则可以准确地分析溶洞顶板稳定性;所得到的4种不同简化力学模型下岩溶地区桥梁桩基荷载下溶洞顶板安全厚度计算公式可以进一步充实现有规范的内容,有效地服务于工程实践。     

岩溶地区桩基础设计研究及工程问题分析

岩溶发育场地地质构造复杂,溶洞勘探由于缺乏理论指导,容易造成溶洞误判而引起场地开发成本增加,且岩溶地区桩基础贯穿溶洞的设计方法容易造成工程浪费。结合贵州岩溶强发育场地某部分框支剪力墙结构基础设计、施工遇到的工程问题,研究了溶洞误判,溶洞顶板破坏模式、溶洞对桩基承载力设计影响及贯穿溶洞设计方式的合理性。结果表明：岩溶地区选择科学的工作方法和适当的勘探方法可以减少场地“未知数”,减少溶洞误判带来的损失,更好地指导工程建设;溶洞顶板因厚度不同呈现冲切破坏、剪切破坏和弯拉破坏三种破坏模式;桩基遇串珠状溶洞及较大溶洞时,承载力计算可仅考虑桩端阻力;水平荷载较小且满足地基规范时可不穿洞;水平荷载较大时应贯穿溶洞发挥其嵌岩桩承载力。     

岩溶区嵌岩桩的破坏模式与工程设计探讨

基于室内模型试验,对不同影响因素下岩溶区嵌岩桩的破坏模式进行研究,将其总结归纳为4类：冲切破坏、冒落区塌落破坏、扇形塑性区破坏和撕裂破坏,破坏模式主要与顶板厚度、溶洞赤道半径 b 以及 c/b 有关。通过对比各规范对岩溶区嵌岩桩设计的相关规定,结合模型试验结果,对溶洞顶板安全厚度的探讨进行延伸,并提出一系列安全可靠、便于岩溶区嵌岩桩设计的公式,并在工程实例中得到验证。     

岩溶区嵌岩桩的试验研究与分析

基于室内模型试验,对岩溶区嵌岩桩的承载能力与破坏模式进行了研究。试验表明,随顶板厚度与溶洞位置偏移距离的增大,极限承载力逐渐增大,随溶洞直径、赤道半径与极半径的增大,极限承载力逐渐减小;破坏核体在竖直方向上基本未超过3d,在水平方向上基本未超过4d;嵌岩桩与基岩相互作用系统的破坏模式主要有冲切破坏、冒落区塌落、扇形塑性区破坏和"撕裂"破坏,破坏模式主要受顶板厚度、溶洞赤道半径b以及c/b的影响;嵌岩桩承载能力还与溶洞形状有关,建议引进形状系数ζ。结合不同条件下岩溶区嵌岩桩的破坏模式,提出一系列安全可靠、便于工程应用的计算公式。     

岩溶地区嵌岩桩桩基竖向承载力有限元分析

利用有限元对岩溶顶板上嵌岩桩桩基的工作性状进行了数值模拟,分析了加载过程中桩顶荷载与桩顶沉降的关系及地基中塑性屈服区分布,并据此确定桩基竖向承载力,在此基础上研究了溶洞高度、跨度、顶板厚度、围岩及嵌岩深度对桩基承载力的影响。研究结果表明:岩溶地区嵌岩桩嵌岩深度宜浅不宜深;围岩强度对桩基承载力的影响最为明显,顶板厚度及跨度影响较大,洞室高度影响最小;当顶板达到一定深度时,溶洞对桩基承载力的影响已经不明显,设计时一律按当地经验要求的溶洞顶板最小厚度进行基础设计,有时造成较大浪费。     

东黄山国际小镇串珠状隐伏溶洞顶板稳定性研究

地下岩溶发育破坏了岩体的完整性,导致岩体的强度和承载力大幅度降低,对工程场地地基稳定性构成潜在的威胁.本文依托东黄山国际小镇基础设施项目,在采用多种勘察手段相结合的方法确定岩溶发育特征的基础上,选取代表性的溶洞,采用按溶洞顶板安全厚度判别的定性评价方法和按顶板坍塌自行填塞判别、顶板抗弯安全厚度判别、按顶板抗剪安全厚度判别3种半定量评价方法对溶洞顶板安全厚度进行综合判别,对岩溶地基进行稳定性评价.研究结果表明:研究区揭露岩溶主要以覆盖型串珠状溶洞为主,多为充填型溶洞,选取的117个典型溶洞大多处于稳定状态,在自然状态下顶板稳定性较好,发生坍塌的可能性小.     

溶洞顶板安全厚度估算

岩溶区地基顶板安全厚度的合理确定是岩溶区地基处理的基本依据,通过对岩溶洞隙稳定性的影响因素的分析,研究工程类比法和解析法的适用条件,并采用多种方法综合评价昆明新机场航站区众多溶洞的顶板安全厚度,得出溶洞顶板稳定性与跨度、厚度间的经验关系,为该工程岩溶地基处理提供参考。     

溶洞顶板破坏对穿越溶洞型基桩极限承载力的影响规律研究

当溶洞顶板的厚度不符合安全设计要求时,基桩需要穿越溶洞并嵌入溶洞底板一定深度以提高基桩的承载力。在桩顶竖向荷载作用下,溶洞顶板的岩体可能存在受拉状态,当张拉应力超过其抗拉强度时,则岩体将发生张拉破坏,使桩身侧摩阻力的受力面积降低,另外,张拉破坏区使溶洞顶板以上岩土体所受的支承作用进一步降低,不利于桩身侧摩阻力的发挥。因此,有必要系统研究溶洞顶板张拉破坏区域对穿越溶洞型基桩承载特性的影响规律。本文基于理论分析提出了穿越溶洞型基桩的失稳破坏模式,揭示了张拉破坏区域产生的力学机理以及对桩身侧摩阻力的影响规律,建立了顶板失稳破坏的简化力学分析模型,进而提出了穿越溶洞型基桩的极限承载力计算方法,为岩溶地区基桩设计和施工提供技术指导。     

基桩下伏矩形溶洞稳定性分析

为给出桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性分析方法,首先,提出了符合岩溶区桩基承载特性的简化计算模型;其次,基于复变函数理论,给出了任意矩形溶洞映射函数的确定方法,并求得了任意矩形溶洞在重力作用下的地层应力,同时依据Mindlin解答求得了桩端荷载作用下的地层应力;然后,将矩形溶洞在重力作用下的应力场与桩端荷载作用下的应力场进行叠加,得到了桩端荷载作用在含矩形溶洞地层中的应力场,在此基础上,以Hoek-Brown破坏准则为判别依据,对桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性进行分析;最后,通过数值方法及工程实例对本文计算方法进行验算。结果表明:理论计算结果与数值结果、工程实际情况均吻合良好,对岩溶区嵌岩桩的设计计算有一定的参考价值。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

岩溶地区桥梁嵌岩桩基承载力探究

通过大型岩土有限元分析软件Midas/GTS NX,对岩溶地区桥梁嵌岩桩基进行承载力数值仿真模拟,分析了不同顶板厚度对岩溶地区桩基极限承载力的影响。结果显示:桩基极限承载力随溶洞顶板厚度的增加而增加,但几何尺寸大于2.5倍桩径后影响不明显。在保证必要的嵌岩深度的条件下,岩溶地区桥梁桩基嵌岩深度应遵循"宜浅不宜深"的设计原则。工程实例分析中,通过有限元数值仿真模拟,确定了岩溶地区桥梁桩基设计深度和岩溶顶板厚度,具有一定的理论与工程实用价值。     

溶洞上方圆形基础地基极限承载力有限元分析

针对 3 种典型围岩条件,采用有限元方法对岩溶地区圆形基础下溶洞顶板稳定性进行了分析计算,讨论岩石地基极限承载力的确定方法,得出不同围岩、溶洞顶板跨度、顶板厚度条件下地基的极限承载力,并分析极限承载力与各影响因素之间的关系。     

基于极限分析的桩端岩层冲切分析

 岩溶区桩基桩端岩层易发生冲切破坏。针对岩溶区岩体特点引进Hoek-Brown非线性岩石破坏强度准则,并推导得其剪应力的二次抛物线型表达式。基于极限分析上限法原理,确定冲切破坏体的功能方程,并通过变分求极值原理获得冲切破坏体的母线方程,进一步通过微分得到桩端岩层抗冲切安全厚度计算公式。结合岩溶区桩基实践,分析抗冲切安全厚度影响因素的取值范围并进行参数分析,结果表明：(1) 冲切破坏体上下直径比d1/d随岩体地质力学分类指标RMR值的增大呈非线性减小,说明岩体质量好的岩溶顶板其冲切所形成的锥形旋转体底部直径小,反之,旋转体底部直径大;(2) 根据不同的d1/d及RMR值,初始冲切角 为24°～42°;(3) 厚径比h/d随RMR的增大呈非线性减小,表明岩体质量越好,所需安全厚度也越小;在岩体质量较好(RMR＞65)的情况下,h/d基本在2.5以下。     

岩溶区含溶洞岩石地基稳定性分析

地质构造、结构面、岩层性质、溶洞洞体形态、地下水等,是定性评价溶洞地基稳定性的重要因素。利用弹性理论,推导了岩石地基中溶洞周围的应力状态,利用格里菲斯强度理论,对含溶洞岩石地基的稳定性进行了定量计算判别。并且发现基础底面尺寸、溶洞顶板厚度、溶洞跨度(直径)及溶洞的断面形状对地基稳定性的影响很大,而地下水产生的"真空吸蚀作用"对地基稳定性的影响很小,洞内充填物对地基稳定的作用不明显。     

基桩下溶洞顶板稳定性评价的强度折减有限元法

定义溶洞顶板稳定性安全系数为顶板岩体实际剪切强度与折减到临界破坏时的剪切强度之比值。综合运用强度折减技术、弹塑性有限元和二分法探讨基桩下溶洞顶板稳定性的评价方法。研究表明,该方法不仅可得到能表征溶洞顶板稳定性且物理意义明确的安全系数,还可获得可能的破坏面及破坏过程,与传统方法相比,具有明显的优越性。实例证明了其可行性与有效性。该方法为基桩下溶洞顶板稳定性分析与评价提供了新的思路与方法, 具有重要的理论意义与工程实用价值。     

覆盖岩溶临空面稳定性研究

覆盖岩溶性临空面是指覆盖岩溶场地中建筑物基底应力影响范围内具有陡倾角土岩交界面的一种岩土组合地质体.稳定性的影响受到很多因素制约,除岩性自身强度外,主要是荷载的总量值和荷载的施加位置,其次是桩基的入岩深度与桩径.在桩荷载作用下,临空面岩体的破坏将主要发生在桩基附近而不是在坡脚.     

强岩溶发育区确定桩端持力体的基本方法

本文对强岩溶发育区桩基础设计中确定桩端持力体 (含桩端标高 )的基本方法 (含程序及原则 )进行了全面论述 ,并结合桂林解放桥重建工程 ,着重分析评价了拟建场地的岩溶发育程度及其发育规律、岩石完整性及其分级、溶洞顶板稳定性及溶蚀斜坡稳定性 ,提供了该桥墩台 10 2根桩的桩端标高 ,其准确率在 90 %以上。     

溶洞顶部爆破残留岩体安全性分析

以安徽繁昌县凤凰山危岩溶洞项部岩体爆破为研究背景,采用数值模拟方法对未爆洞顶残留岩体在爆破产生的冲击荷载作用下进行稳定性分析,得出不同时间残留岩体的应力状态和位移变化情况,为施工设计提供了科学依据。