考虑荷载位置偏移的空洞岩石地基极限承载力计算方法

荷载位置偏移量对下伏空洞岩石地基的极限承载力有较大影响。当荷载位置偏移量较小时,基于双对数螺旋曲线模型,采用极限分析上限法建立了下伏空洞岩石地基破坏体的功能方程,推导得到了荷载位置偏移下空洞岩石地基极限承载力计算表达式。当荷载位置偏移量较大时,空洞地基发展成为Prandtl破坏模式。并进一步分析了岩石地基厚度h、荷载位置偏移量e及内摩擦角φ对空洞岩石地基极限承载力的影响。最后进行了不同荷载位置偏移量和厚度下的空洞地基极限承载力模型试验研究,并与理论进行了对比验证分析。结果表明:当荷载位置偏移量e一定时,随着岩石地基厚度h的增加,空洞岩石地基极限承载力大致呈线性增长,并逐渐趋向于完整基岩承载力;当岩石地基厚度h一定时,随着荷载位置偏移量e的增大,岩石地基极限承载力呈非线性增长,增大到一定值时接近完整基岩承载力;当岩石地基厚度h和荷载位置偏移量e一定时,随着内摩擦角φ的增大,岩石地基极限承载力增长的幅度逐渐变大。

岩石地基极限承载力的计算

针对岩石地基承载力问题,引入Hoek-Brown强度破坏准则,提出局部剪切破坏模式岩石地基承载力的计算表达式,基于极限平衡理论,建立破坏面上的静力平衡方程,推导出整体剪切破坏模式岩石地基承载力的计算公式.依据已有的成果假定空洞岩石地基顶板的冲切破坏体为一圆锥体,利用极限平衡法,得到了抗拉作用、抗剪作用及抗拉剪共同作用时下伏空洞地基极限承载力的计算表达式;并进一步通过模型试验验证了理论方法的合理性.结果表明:1)在计算完整岩石地基极限承载力时,采用整体剪切破坏模式得到的理论结果与实测结果较吻合;2)在计算空洞顶板极限承载力时,对比单独考虑冲切破坏面上的拉应力和剪应力作用得到的结果,考虑两者共同作用计算的结果更接近实测结果.

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。

洞跨对下伏空洞岩石地基极限承载力影响研究

针对洞跨对下伏空洞岩石地基极限承载力影响问题,对含空洞岩石地基极限承载力计算方法进行了推导和试验验证。首先采用极限分析上限法构建了一种空洞岩石地基破坏时的机动许可速度场,通过求解功能方程得到了地基极限承载力随空洞跨度变化的一般计算方法。通过参数分析研究了不同空洞跨度、顶板厚度对空洞岩石地基极限承载力的影响,并导得了空洞临界跨度与顶板厚度的关系表达式。最后进行了不同空洞跨度和厚度下的空洞地基极限承载力模型试验研究,并与理论进行了对比验证分析。结果表明:当厚径比h/d一定时,空洞岩石地基极限承载力随空洞跨度l的增加逐渐减小;存在一个临界跨度l_(cr),当超过临界跨度l_(cr)时空洞跨度的增加对空洞岩石地基极限承载力系数Nσ的影响较小且N_(σ) 趋于稳定;当空洞跨度l为0.5d且厚径比h/d为1.0~2.5时,尚需考虑洞体对地基极限承载力的影响;同一空洞跨度l下,初始冲切角随着厚径比h/d的增加而减小。其他参数相同时,空洞地基极限承载力系数N_(σ) 随GSI的增大而提高。

偏心荷载下溶洞顶板冲切破坏上限分析

针对冲切破坏模式下溶洞顶板极限承载力问题,进行了不同顶板厚度以及不同荷载偏心距下溶洞顶板极限承载力室内试验研究,依据试验结果将偏心荷载作用下的溶洞冲切破坏假定为轴对称问题,引入Griffith强度准则,基于极限分析上限法,提出了一种适用于轴对称和偏心荷载作用下溶洞顶底板极限承载力的计算方法,并给出了能发生冲切破坏范围的估算方法。试验结果表明:在同一偏心距下,随着顶板厚度的增加,在达到基岩极限承载力之前,顶板极限承载力呈线性增长;当顶板厚度一定时,顶板极限承载力随着偏心距的增加呈非线性增长,偏心距e在能发生冲切破坏的范围之外时趋于平缓,并逐渐达到基岩极限承载力;理论计算结果与试验结果吻合较好。

深废矿坑高陡边坡极限承载力计算方法研究

针对深废矿坑高陡边坡极限承载力问题,综合考虑锚索锚固岩体的压力墙和组合梁作用,结合Hoek-Brown强度准则,采用特征线法推导得到了矿坑高陡边坡极限承载力计算方法。结合工程实例,就坡度α、岩石力学参数GSI、m_(0)以及锚索的主动支护力等影响因素对矿坑岩壁岩石地基极限承载力的影响进行了分析,研究表明:(1)承载力系数随坡度的增加呈线性降低,当GSI为45、m_(0)为7时,也即矿坑岩壁岩体为质量较差的石灰岩时,加锚后其承载力约为加锚前承载力的1.32~1.54倍,考虑锚索的组合梁作用可作为安全储备;(2)随着岩体质量越来越好,地基极限承载力系数增长的幅度越来越大,当坡度α为60°、GSI取85,坑壁为好岩体时,承载力系数值为1.28;GSI取45,坑壁为较差岩体时,承载力系数值为0.23;前者约为后者的6倍,表明岩体质量指标的好坏对承载力的影响较大。

冲切破坏模式下溶洞顶板极限承载力计算

基于溶洞顶板的冲切破坏模式,采用极限分析上限法建立冲切体的三维功能方程,推导泛函形式的溶洞顶板承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得冲切体的底部直径和三维溶洞顶板极限承载力显示计算公式。通过对比试验验证了理论方法的合理性,并重点分析岩体地质力学分类指标GSI对溶洞顶板极限承载力及冲切体底部直径的影响。结果表明:(1)顶板厚度h为1D^4D时,溶洞顶板极限承载力随着h的增加大致呈线性增长,h=5D时,极限承载力与基岩一致;(2)厚径比为定值时,顶板极限承载力随着GSI的增大呈非线性增长,当h=1D,GSI取44时溶洞顶板的承载力系数为0.73,GSI取100时其值为1.42,后者接近前者的2倍;(3)同一溶洞顶板厚度下,冲切体底部直径随着GSI的增大大致呈线性减小。当GSI取44,1D顶板厚度时冲切体底部直径为0.20 m,分别是GSI取65,85,100时的1.25,1.54,1.70倍,对于其他顶板厚度时也存在类似的关系。

非对称荷载下溶洞顶板极限承载力计算

针对非对称荷载下溶洞顶板极限承载力问题,引入抛物线形式的Hoek-Brown强度准则,并假定非对称荷载下溶洞顶板的冲切破坏体为轴对称旋转体。采用极限分析上限法建立了冲切破坏体的功能方程,利用变分原理和偏导求得了非对称荷载下溶洞顶板冲切破坏模式的极限承载力计算表达式。最后通过室内试验验证了理论方法的合理性,并分析了厚径比h/D、荷载位置偏移量e及岩体地质力学分类指标GSI对溶洞顶板极限承载力的影响。结果表明:(1)当e一定时,随着厚径比h/D的增加,顶板极限承载力大致呈线性增长,增大到一定值时,溶洞对顶板承载力无影响,顶板极限承载力趋向于完整基岩承载力;(2)当h一定时,随着荷载位置偏移量e的增大,溶洞顶板极限承载力呈非线性增长,增大到一定值时,溶洞对顶板承载力无影响,顶板极限承载力接近完整基岩承载力;(3)当h一定时,随着GSI的增大,顶板极限承载力增长的幅度逐渐变大。其中对于h为2D的溶洞顶板,且当GSI为44,e为0,0.25l,0.5l时,顶板的极限承载力分别为1.8,2.2,3.6 kN;当GSI为100时,相应的极限承载力分别为24,29,43 kN,近似为前者的12倍。因此GSI的选取对承载力的确定有重要意义,可为实际工程设计提供参考。

考虑岩体自重的下伏溶洞岩石地基冲切分析

基于Hoek-Brown强度准则及溶洞岩石地基冲切破坏模式,运用极限分析上限法中的相关流动法则建立了考虑自重下的溶洞岩石地基极限承载力三维功能方程,结合变分原理推导出冲切体破坏线方程及溶洞岩石地基极限承载力表达式,进一步给出了考虑自重下溶洞岩石地基极限承载力及临界洞径的编程计算方法,并通过室内模型试验验证了理论的合理性。结果表明:岩石RMR值、单轴抗压强度对溶洞岩石地基极限承载力影响规律与是否考虑自重因素无关,溶洞岩石地基极限承载力随着单轴抗压强度和RMR值增加而提高,反之亦然。二者均随着自重增加减小,但变化并不明显。随着溶洞顶板厚度的增加,溶洞岩石地基极限承载力基本呈线性增加;当考虑自重和顶板厚度时,溶洞岩石地基极限承载力的变化主要取决于内能耗散功率增量与重力功率增量之间的差值且随重度增加而减少;当RMR<40时自重对溶洞临界跨径影响较大,RMR>60时自重对溶洞临界跨径影响较小;当RMR≤40时,需要考虑自重对极限承载力的影响;当RMR≥60时,计算溶洞岩石地基极限承载力时是否考虑自重应根据实际工程选择其误差在3%以内。