岩溶区桩基破坏模式研究及稳定性分析

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。     

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。     

桥梁桩基下穿串珠状溶洞承载特性及稳定性研究

为研究串珠状溶洞对桥梁桩基的受力变形影响,文章以皖南某公路秋浦河大桥桥梁桩基工程为依托,建立三维数值模型,计算分析溶洞顶板厚度及桩基受载情况,对单桩基础变形受力的影响。研究表明:溶洞顶板厚度越大,越可以有效提高桩基的极限承载力,改善溶洞的受力状态,但当顶板厚度到达一定值后,增强效果有限;随着溶洞顶板厚度的增大,上部溶洞顶板与桩接触部位的剪应力减小,但下部溶洞顶板的剪应力会持续增大;当外荷载不断增大,桩端出现应力集中,桩基承载性能继续增大。     

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。     

刚性桩复合地基下伏溶洞安全性评估方法研究

基于摩尔-库伦强度理论,提出通过比较平均附加竖向应力来评估溶洞顶板安全性的方法,即在施工阶段对局部桩基施加竖向荷载,使得溶洞顶板一定范围内产生的平均附加竖向应力大于等于建筑物建成后该范围内产生的平均附加竖向应力,得到需要施加的单位面积竖向荷载为建筑物正常状态下平均重量的倍数,据此评估溶洞顶板的安全性。文中给出了单位面积荷载倍数的定义,再通过计算和回归分析得到不同因素对其影响程度。     

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。     

某工程岩溶桩基分析处理

某９层框剪结构商住楼，采用挖孔桩基础，持力层为微风化石灰岩，超前钻揭示桩底有溶洞溶洞大小不等，首先分析了溶洞发育状况尤其是石灰岩质坚硬寒带程度、岸芯取经（ＢＱＤ）、再根据桩基荷载，对溶洞顶板进行了抗冲切、抗剪及抗弯验算，提出了相应处理方案，经实践及沉降观测证明是正确的。     

基于岩溶三维地质模型的桩基承载力特性研究

本文依托中铁十九局集团有限公司岑大公路YTHJ4标桥梁桩基项目,通过Civil 3D软件建立了三维地质模型;并介绍了桩基作用下溶洞两种不同的破坏模式;然后采用基于FLAC 3D数值分析软件的单因子变量法分析了不同溶洞顶板厚度、顶板跨度、洞高、溶洞中心偏离桩轴线距离等对嵌岩桩承载力特性(极限承载力、极限侧摩阻力、桩土相对滑移距离等)的影响。研究结果表明：溶洞顶板是影响桩基极限承载力的主要因素;溶洞极限状态下的破坏模式强烈依赖于溶洞顶板厚度、顶板跨度和岩体力学性质;当溶洞顶板厚度达到三倍的桩径时,桩侧摩阻力可完全发挥;溶洞顶板跨度和偏心距离对桩基承载力特性的影响存在一个稳定点。这些研究结论为岩溶地区的嵌岩桩设计提供了一定的参考依据,进一步丰富了岩溶地区桩基设计理念。     

椭圆形溶洞顶板挠度的简化分析方法

通过合理的假设和简化,将溶洞顶板与嵌岩灌注桩看成一个相互作用系统,只考虑桩基的竖向荷载对顶板的影响。同时根据溶洞顶板的特征和边界条件,将其简化为椭圆形和圆形顶板两种力学模型。通过计算分析,得出了椭圆形顶板的应力和最大挠度公式,以及圆形顶板的挠度表达式,为合理地验算顶板的安全厚度提供了一定的依据。     

武汉市某串珠状岩溶区桩基稳定性分析

在岩溶发育区,桩身往往需穿越若干溶洞并支承于完整基岩,从而导致桩长增加,呈现摩擦桩的特性,溶洞的存在减少了岩土体与桩身的接触面积,使桩侧阻力减少。本文基于双折线模型推导了桩基通过多层岩溶区的荷载传递微分方程,并假定岩溶区上覆盖层土体进入塑性区,建立了摩擦桩桩基沉降与荷载的关系,运用了数值模拟方法研究了武汉市岩溶区某建筑桩基穿过串珠状溶洞时的承载性状,对岩土体应力和位移、桩的侧阻力、轴力分布和桩顶位移进行监测,并与理论计算结果进行对比,结果基本一致;另外溶洞周围岩体应力变化较大,溶洞顶板出现较大的向下弯曲变形,部分土体进入了塑性区,溶洞顶板容易形成塌落拱,在桩基成孔过程中可能造成地面塌陷。     

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。     

贵阳某隐伏横向溶洞地基处理的稳定性分析

岩溶地基的稳定性是地面建筑安全的重要保证。以贵州南明区某高层建筑的巨型溶洞处理为例,采用结构力学近似法和有限元分析法分析建筑荷载下溶洞顶板稳定性。通过数值模拟软件FLAC^3D建立不同填充材料及填充范围工况的计算模型,计算在建筑荷载下,不同填充材料和填充范围下溶洞顶板及地面的应变场和应力场特征。溶洞的填充材料分别是细石混凝土和碎石,填充范围包括全区域填充和建筑一侧的部分填充。对比分析了4种工况情况下,溶洞上覆地基变形的特征。与试测结果的对比表明：数值计算分析与现场监测数据吻合,复杂溶洞经处理后,在桩基荷载作用下地基稳定;细石混凝土的填充效果比碎石材料效果更佳,在保证建筑安全的基础上,部分填充的方案能为工程节省更多的成本。     

岩溶地层溶洞空间计算形态及承载性能数值模拟研究

为寻求合理的岩溶地层溶洞空间的计算形态,以三维溶洞跨度、埋深为控制参数,建立溶洞空间形态数值仿真模型,分析不同参数组合下溶洞的变形与弹塑性应变的分布规律,提出单体地下溶洞空间计算形态为拱顶圆柱体,形成其控制参数与取值方法。再以溶洞高跨比及顶板厚度为控制参数,建立拱顶型溶洞数值模型,分析拱顶型溶洞在桩基作用下的承载性能变化规律。计算表明：拱顶型圆柱体溶洞空间模型具有较强的极限荷载力和抗变形能力。研究结论对岩溶地层中桩基的设计及施工具有科学参考价值。     

基于Hoek-Brown强度准则桩端溶洞顶板

针对影响桩端溶洞顶板稳定性的因素的多样性,引入桩径、顶板厚度以及桩端荷载等因素,得到了基于弹性理论的桩端溶洞顶板内部应力三维分布表达式;并采用考虑多影响因素的三维Hoek- Brown强度准则,得到稳定性指标g,以此指标评价溶洞顶的板稳定性;另外引入非概率可靠性分析方法,得出非概率可靠性指标η,以此进行溶洞顶板可靠性分析;最后以实际工程为例,所得到的分析结果与实际情况相符,可以对相关设计提供参考。     

岩溶地质高层建筑桩筏基础作用下溶洞安全性评估方法研究

串珠状溶洞是一种常见的岩溶地质形态。在包含串珠状溶洞的场地上建造高层建筑,若采用传统的地基处理方法,施工困难且质量难以检测。利用工程上成熟的桩基静载试验技术,提出了一种检验桩筏基础下溶洞安全性的实用方法,即通过单桩试验和群桩试验,使桩端溶洞顶板一定范围内的附加应力,大于建筑建成后在该范围内产生的实际附加应力。若试验时溶洞顶板没有破坏,则可以保证建筑物建成后的安全性。应用有限元软件ABAQUS进行模拟分析,比较不同上部土层承载力、不同桩长、不同桩的位置以及不同上部结构荷载下单桩、群桩施加的荷载大小,与建成后上部结构传下来的平均荷载的倍数关系,得到定量结论,供实际工程应用参考。     

三维拱顶型溶洞顶板承载力数值模拟研究

本文通过研究三维拱顶型溶洞顶板厚度及跨度对桩基承载力的影响,建立三维有限元整体地层模型,利用数值模拟方法,研究不同顶板厚度及不同溶洞跨度下对桩基承载力的关系。     

复合桩基处理桥位溶洞顶板复杂地层

采用复合桩基对桥位溶洞顶板复杂地层进行处理,介绍了复合桩基的设计计算及施工。     

桥梁基桩桩端溶洞顶板稳定性的模糊分析研究

基于模糊集理论,结合湖南省某跨渠桥桩基工程地质勘察资料,建立了桥梁基桩桩端溶洞顶板稳定性的模糊二级综合评判模型与模糊极限平衡分析模型,并分别解决了相应的模糊分析参数构造与评价方法问题,最后分别应用于某一实际工程,分析结论基本相同且与实际情况符合良好,为岩溶区桥梁基桩桩端溶洞顶板稳定性评价提供了新的思路和方法。     

基于有限差分的高层建筑桩基下溶洞模拟方法

当前溶洞模拟方法无法为岩溶区域上方高层建筑桩基施工提供可靠的模拟结果,无法为施工方案的制定和实施提供事实依据问题。针对此引入有限差分软件,开展对高层建筑桩基下溶洞模拟方法的研究。通过高层建筑桩基下溶洞失稳机理分析、确定溶洞模拟范围及边界条件、基于有限差分的溶洞模拟力学模型构建、高层建筑桩基溶洞施工要点等方向进行研究。通过实验证明,新的模拟方法在实际应用中能够实现对溶洞力学特性的准确模拟,并根据模拟结果可预测出更准确的高层建筑桩基溶洞上方顶板厚度,从而提高高层建筑施工的安全性和可靠性。