对“岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的研究”讨论的答复

<正>非常感谢潘岳先生等对"岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的研究"[1](以下简称"原文")的讨论以及对该研究所提出的一些建设性意见,很高兴就这些问题进行一些     

关于“岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的研究”的讨论

<正>岩土工程学报2007年第11期刊登了题为"岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的研究"[1]的文章。笔者拟就以下5点与原文作者商榷。     

岩溶区嵌岩桩桩端承载性能研究

为考虑岩溶区基桩嵌岩段岩层与顶板的整体承载效应及溶洞形状对桩端极限承载力的影响,在嵌岩桩桩端极限破坏模式研究的基础上,首先根据桩端极限破坏线与溶洞的位置关系,确定了溶洞发生破坏时的临界状态;其次,结合桩端岩层极限状态下的传力机制,分析了岩溶区嵌岩桩桩端极限破坏模式。然后,通过建立极坐标系,给出了溶洞发生冲切破坏、冒顶破坏的限定条件,并推导了不同破坏模式下岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算公式。最后,用试验数据与工程实例对本文理论进行验算,验算结果表明:理论计算结果与试验现象及工程实例结果较为吻合,可为岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算提供一些参考。     

岩溶地区桩基础竖向承载力及岩溶顶板安全厚度计算方法

由于岩溶地质条件十分复杂,给桩基础的设计和施工带来很多隐患.不同的溶洞顶板厚度将会对基桩桩端极限承载力产生很大的影响,所以岩溶地区嵌岩桩的极限承载力以及岩溶顶板安全厚度的问题是目前亟待解决的关键技术问题.首先针对嵌岩桩承载机理提出一种嵌岩桩竖向承载力的计算方法,并运用至岩溶地区.针对岩溶区嵌岩桩"见洞就穿"的处理方法,...     

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。     

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。     

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。     

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。     

下伏溶洞对桥梁桩基极限承载力的影响分析

为研究串珠状岩溶区桥梁桩基下伏溶洞对桩基极限承载力的影响因素,基于某高速公路桥梁桩基础工程,运用有限元方法建立溶洞区桩土一体化仿真模型,分析串珠状岩溶区下伏溶洞数量、下伏溶洞尺寸、持力岩层风化程度等因素对桩基极限承载力的影响规律。结果表明,下伏溶洞数量及下伏溶洞高度的变化对于桩基极限承载力影响较小;离桩基最近的下伏溶洞半径对桩基承载力的影响较大,其半径增大会引起桩基极限承载力的减小,半径从8 m增大至12 m时,桩基极限承载力降低1 587.08 kN,下降了25.2%;持力岩层风化程度越弱,桩基极限承载力越大,未风化岩层工况下桩基极限承载力为12 569.51 kN,而高度风化岩层工况下极限承载力为4 717.48 kN,仅为未风化岩层的37.5%。若下伏溶洞顶板厚度大于3倍桩径、溶洞半径较小、且溶洞顶板风化程度较弱时,可考虑将溶洞顶板作为桩基持力层。     

岩溶地区既有桩基础病害加固设计及数值分析

某既有线桥梁在上部荷载长期作用下,桥墩产生沉降和倾斜,危及行车安全。勘察表明,该桥墩基础下分布有溶洞。基于突变理论,根据岩溶区桩下卧溶洞顶板失稳破坏条件,确定了位于溶洞顶部原桩的承载力;在此基础上,针对岩溶分布特征和地基承载特性,采用增补桩基-扩大承台主动加固法对其进行加固,通过理论计算确定合理桩长;同时,采用数值模拟软件,分析了桥墩基础加固前后的稳定性,以及增补桩基桩长与桥墩基础沉降和倾斜的关系。结果表明：数值计算结果与理论计算结果吻合,原桥墩基础承载力不满足设计要求,增补桩的合理长度为14.5 m,已穿透溶洞,此时承台中心沉降为6.9 mm,纵桥向承台最大沉降差为0.89 mm。     

岩层设承力盘的嵌岩桩抗拔静载试验及计算方法研究

为提高东南沿海桩基础抗拔承载性能,开发应用了一种新型的、在桩身嵌岩段的上侧岩层中设置双向旋扩承力盘的抗拔嵌岩桩。结合广东佛山市某工程,进行单桩竖向抗拔承载特性静载试验。试验表明,该桩抗拔性能优越,抗拔承载力大大优于抗拔直孔桩及扩底桩。基于实测数据,建立适用于该桩的极限承载力双曲线理论模型。基于Hoek-Brown岩体破坏准则及嵌岩桩单桩抗拔承载机理,提出该桩型的抗拔破坏模式,并建立相应的单桩抗拔极限承载力计算方法。该计算方法可有效反映盘下嵌岩段的岩体性质、承力盘所处岩层的岩体性质、盘角及上覆土层厚度等因素对基桩抗拔极限承载力的影响。与规范方法、现场实测的抗拔承载力计算结果对比表明,该计算方法与现场测试结果吻合度高,具有很好的应用前景。     

CM复合地基在广州花都地区的应用

介绍了CM复合地基的工作原理、设计方法及其在岩溶地质工程中的应用,并进行了技术经济分析。与单一的桩基础相比,采用CM三维高强复合地基能更充分发挥桩间土的参与作用,提高地基承载力同时处理了土洞、溶洞,取得了较好的经济效益。     

复合载体夯扩桩处理软弱及溶洞地基

介绍了复合载体夯扩桩施工工艺及施工要点,利用复合载体夯扩桩的优点,提出了处理软弱及溶洞地基的方法,经工程实践检验,该方法是一种处理软弱及溶洞地基的经济、有效、施工方便的方法,能为其他类似工程提供参考。     

基于突变理论的高压岩溶隧道掌子面稳定性研究

为研究马蹄形隧道前方存在正交高压溶洞时中间岩墙的承压能力和破坏模式,在考虑溶洞位置和尺寸对中间岩墙稳定性影响的基础上,建立掌子面失稳破坏的圆锥台模型,并通过势能判据的尖点突变理论得到掌子面失稳时的溶洞临界压力。同时开展室内模型试验,揭示高压溶洞与隧道正交时中间岩墙的破坏特征,并结合数值计算对掌子面破坏模型进行了补充验证。研究结果表明:溶洞临界压力随中间岩墙厚度、围岩等级的增大而增加,随溶洞尺寸的增大而减小,且围岩弹性模量的变化对中间岩体的稳定性有显著影响;中间岩墙厚度超过0.35倍洞径后,溶洞已不是造成掌子面破坏的主要因素;引入压力扩散角?描述溶洞与隧道处于不同正交位置时中间岩墙的破坏形态,发现溶洞临界压力与靠近溶洞一侧的隧道边界曲率正相关。破坏模型贴近工程实际,所得结果与试验基本吻合,可为高压岩溶隧道的设计与施工提供参考。     

岩溶区嵌岩桩室内模型试验方案的优化分析

由于现场试验费用高且进行破坏性试验困难,利用室内模型试验对岩溶区嵌岩桩的承载特性进行全面认识具有十分重要的意义。通过对嵌岩桩与基岩相互作用系统的简化,初步设计了整体模型与中心对称模型两种试验方案。试验结果表明:与现场实测结果相比,两种方案均可模拟工程实际。通过对试验结果、实际操作的难易程度以及经济指标等的对比,建议采用中心对称模型试验方案。     

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。     

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。     

低围压下极限摩阻力对回填体基桩承载特性的影响

为了研究回填体极限摩阻力变化对基桩承载特性的影响,通过考虑低围压下回填体极限摩阻力的非线性变化,获得指数型荷载传递函数的回填体桩基Q–S曲线计算方法,对比现有研究成果与工程实例验证该计算方法,并探讨了极限摩阻力参数对桩承载特性的影响。分析结果表明:嵌岩段的桩侧摩阻力先达到极值,回填体的极限摩阻力随着桩侧法向应力?与回填体的试验参数A,b的增加而增加,提高桩侧摩阻力和桩基的极限承载力,法向应力?对桩侧摩阻力和桩的极限承载力影响很明显。