岩溶区土洞对自由场地震动放大效应的影响

岩溶区土洞的发育改变了自由场的地震工程地质条件,从而影响了地表地震动力响应结果。为探讨岩溶区土洞对地震动场地效应的影响,设计并构建典型岩溶区土洞自由场地,利用有限差分法开展了不同地震动输入条件下的含土洞场地的地震反应分析。通过与自由场地震反应分析结果对比可知:(1)土洞的存在阻碍了地震波的传播,从而使得地表中心点峰值加速度显著减小,随着输入地震动峰值增大,土洞的影响范围增大,土洞附近地表峰值加速度呈现出先增大后减小,最后逐渐趋向于自由场;(2)土洞的存在使场地的竖向位移增大,且随输入加速度峰值增大而增大、对水平向峰值位移影响较小;(3)加速度放大系数总体呈现出先增大后减小的趋势,随输入加速度峰值增大而减小;(4)土洞的存在使得反应谱的短周期幅值减小,这种减小幅度受输入地震动峰值的影响不明显。

塔北地区多期走滑断裂地球物理响应特征及精细识别

通过对野外地质露头考察、无人机扫描、探地雷达探测、岩心观察、成像测井资料综合分析,建立塔北地区走滑断裂地质模式。根据塔北地区不同地层特点,分析多期走滑断裂与不同时期地层组合关系。针对不同的地层岩相背景下的走滑断裂特征,分析对应的地球物理响应特征,为小断距、小位移的走滑断裂识别提供依据。结果表明:加里东中晚期,在挤压应力作用下区域走滑断裂形成,发育X型共轭断裂和单剪切断裂,其中NNE向走滑断裂为左旋,NNW向走滑断裂为右旋;由于挤压应力差异分布,沿主干断裂方向寒武系膏盐岩滑脱面形成线性压扭隆起和平移错断的特点,结合膏盐岩层强地震反射特征,主干断裂可识别性强;中上奥陶统走滑断裂走向与古地貌趋势具有一致性;由于北部表层岩溶暴露期长,研究区形成大量的残丘、暗河、古水系,破坏了浅层断裂特征,而南部斜坡区暴露时间短,岩溶缝洞体主要沿断裂发育,断控岩溶缝洞体与基岩波阻抗存在较大差异,增强了断裂的可识别特征;海西期NNW方向、喜山期NNE方向发育单剪切走滑断裂,主要沿加里东中期断裂继承性发育,碎屑岩地层不整合面断距特征明显,平面上表现为雁列特征,剖面可见负花状构造。

岩溶地区溶洞处理技术探讨

岩溶地区普遍存在溶洞、溶隙、溶沟等地质现象,岩溶地质的复杂性导致溶岩地区基础更加复杂且多变,处理不当会引发安全隐患,增加工程投资和延长工期。溶洞是建筑工程的处理难点,对其进行深入研究是确保建筑工程质量的有效途径之一。文中将溶洞作为研究对象,阐述了其基本特征、分析溶洞探测方法、施工和设计技术难点、选择最佳的处理方案,保证工程质量和安全,为建筑工程人员处理溶洞提供参考。

岩溶区桥桩承载特性及溶洞变形机理研究

为明确岩溶区桥梁建设过程中溶洞对桥桩承载特性的影响机理,以贵州某高速公路项目高架桥桩为依托,采用数值模拟的方法研究桥桩整体穿越溶洞、侧穿溶洞以及临近溶洞情况下桩基承载能力、桩身荷载传递规律以及溶洞稳定性。结果表明:(1)当桥桩穿越溶洞时,桥桩承载能力随溶洞埋深增加而降低,文中工况下承载力最大衰减量为16.5%~17.5%,而当桥桩临近溶洞时,溶洞对桥桩的影响随距离增加而减小,且当水平距离大于2D后(D为桩身直径)影响可忽略不计;(2)当溶洞位于桩身嵌岩段上部且桥桩侧穿溶洞或桥桩临近溶洞不足1D时,桥桩将产生较大差异沉降,进而影响上部结构稳定性;(3)溶洞的存在主要影响桩基临空段侧阻力的发挥,而对其他位置侧阻力的发挥影响不大,且溶洞对端阻力影响程度排序为:桥桩整体穿越溶洞>桥桩侧穿溶洞>桥桩临近溶洞;(4)桥桩整体穿越、侧穿以及临近溶洞引起的溶洞潜在破坏模式分别为顶板拉伸破坏、桩基位置附近剪切破坏以及承台的冲切破坏。

岩溶地区溶洞处理方法及工程应用

溶岩地区地质条件复杂多变,建筑工程基础设计、施工过程中存在较多隐患,若处理不当,将引发安全事故,增加工程投资,延长建设工期。文中以某工程为案例进行分析,阐述溶洞的基本特征,介绍溶洞探测、设计技术难点,进而选择最佳处理方案,保障工程质量和安全,以供参考。

岩溶区隧道衬砌结构力学性能的影响因素

为了探究岩溶区隧道开挖过程中隧道衬砌结构受力性能的影响因素,基于有限元软件,研究分析了隧道衬砌结构力学性能的主要影响因素,其中着重研究溶洞尺寸变化、隧道衬砌结构净距的变化、所处位置及形状变化等因素下隧道衬砌结构的受力与变形。结果表明:通过有无溶洞的研究分析表明,隧道衬砌结构附近有溶洞时,会导致隧道衬砌结构的受力和变形改变,且溶洞与隧道间的净距越大,衬砌结构的位移越小;溶洞与隧道衬砌结构的净距相同时,溶洞尺寸越大,隧道衬砌结构的位移也越大;溶洞高跨比越大,衬砌内力值越大,当高跨比为5时,衬砌内力值达到最大;当高跨比越偏离1时,衬砌变形越大,当高跨比为0.2时,衬砌变形最大;当溶洞直径大于0.6D,隧道与溶洞间距小于0.3D,溶洞高跨比为5或0.2时,溶洞对隧道结构力学性能的影响较为显著,此时衬砌结构的最不利点位于拱脚与拱底之间且最不利点发生塑性破坏。

地下溶洞形态分析与可视化

我国是世界上喀斯特地貌面积分布最广泛的国家之一,岩溶类型繁杂,发育较齐全,占国土面积的1/3。岩溶地区存在的主要地质问题有溶洞、断层和软弱地质带等,其具有隐蔽性、突发性和反复性等特点,已成为南方岩溶地区城市工程建设开拓中面临的主要问题。随着激光扫描设备的不断进步和发展,三维激光扫描技术能在封闭式、环境复杂的空间进行自动化测量,具有操作简单、扫描速度快、高分辨率和高精度等特点,可极大地节约测量时间与成本,现已逐渐适应了更广泛的工程应用领域。使用钻孔式三维激光扫描仪获取地下溶洞空间的三维点云数据,针对精度要求较高的复杂空间结构,可能需要布设多个测站进行不同角度扫描获得全局信息。然后,利用深度学习强大的特征学习能力进行点云配准,通过构建数字化模型,客观真实地反映洞内空间形态特征,这将为设计人员提供更精确的岩溶空间信息,制定安全预防措施计划,确保工程施工有序推进。

岩溶区地质特征调查研究进展

调查岩溶区的地质特征,总结岩溶发育机制,对岩溶区桩基施工具有一定的指导意义。本文通过研究岩溶区地形地貌、地层岩性、地下水概况、岩溶空间分布等特征,总结岩溶发育机制,得到如下结论:(1)岩石中可溶性矿物含量越高,晶粒越细,溶解度越大,原生孔隙度越高,越有利于岩溶发育。(2)地下水的径流方向和径流强度决定了岩溶管道的发育方向和发育规模;地形坡度和岩溶地下水水力坡度小时,岩溶发育以平面向延伸为主,反之以垂直延伸为主。(3)在断裂交汇部位,岩石破碎程度较高,岩溶发育程度较高;褶皱轴部和倾伏、扬起端,断层或裂隙较为富集,有利于岩溶发育;在褶皱区岩溶多具沿褶皱走向发育的特点,其轴部岩溶更发育;向斜核部较背斜核部岩溶发育,核部构造较两翼发育。

溶洞地区高速公路桥梁桩基施工风险评价与控制技术研究

为有效控制和降低溶洞地区高速公路桥梁桩基的施工风险,保障施工顺利进行,文章基于改进的作业条件危险性评价法(LEC),对溶洞地区高速公路桥梁桩基的施工进行风险评价,并依托具体的施工案例,系统分析了溶洞地区高速公路桥梁桩基施工过程中的潜在问题,明确了各类施工危险性分级。同时结合研究区工程、水文地质条件及喀斯特发育特征,提出了溶洞相关工况处理技术及施工风险控制方法。

岩溶地区大跨度桥梁施工溶洞处理技术

岩溶地区大跨度桥梁施工面临着特殊的地质条件,其中溶洞处理技术是关键问题。文章针对这一问题进行了研究,总结了岩溶地区桩基溶洞桩施工的主要技术和流程。这些技术流程的应用能够有效解决岩溶地区大跨度桥梁施工中的溶洞处理难题,保证工程的顺利进行。

复杂岩溶地区建筑桩基础优化和溶洞处理技术研究

在岩溶强烈发育地区进行建筑桩基础施工,常常面临较大施工安全风险和成桩质量难以保障的情况,给工程建设带来极大的挑战。文章以广州市白云区某医疗建筑项目的实际工程案例为依托,为保障桩基础施工质量并严控工程造价,在全面分析场地岩溶发育情况对桩基础施工影响的基础上,对桩基础设计方案提出了合理优化调整方案,将超长灌注桩基础优化成筏板基础、刚性桩复合地基等形式,大大缩短桩长并降低了施工难度,同时也减少了溶洞预处理体积。在溶洞预处理方面通过优化注浆浆液配比和注浆管布置达到了精准注浆处理的效果,可为其他类似地质情况的建设项目提供设计与施工参考。

某高速喀斯特区勘察及处治方案研究

文章基于某高速公路大桥建设案例,采用全方位地质勘察方法,从局部到整体进行勘测,以精确掌握桩基位置及桥梁所在区域的喀斯特地形特征。溶洞区域桥梁建造是桩基工程的核心问题,“边挖边钢护筒围护和使用碎石或泥土回填”联合治理方案可有效确保桩基施工质量,为类似工程解决溶洞问题提供参考。

溶洞型旅游地生命周期特点的定量研究——以浙江瑶琳洞为例

以瑶琳洞历年的游客量为基础,结合国内其它溶洞的年游客量变化情况,定量探讨了溶洞型旅游地的生命周期特点,结果发现以瑶琳洞为代表的溶洞型旅游地生命周期表现出如下特点:①自开发后直接进入快速发展阶段,游客量往往在正式开放后第3—4年达到最大值;②由发展阶段直接进入衰落阶段,没有巩固与停滞阶段;③经过一段时期的快速衰落后,年游客量将逐渐趋于稳定。最后,分析了影响溶洞型旅游地生命周期的因素,并提出了溶洞型旅游地开发、经营的若干相关建议。

方解石充填物对于深层古岩溶洞穴保存的独特意义——以塔河地区奥陶系为例

塔河油田奥陶系古岩溶洞穴埋藏深度之大在世界范围内罕见,但对其为何没有垮塌殆尽的原因却知之甚少。为了探究其保存机制,对比了Fort Worth盆地奥陶系深埋洞穴,发现大量缝、洞充填方解石是塔河地区洞穴中常见且特有的充填物。在统计和综合分析缝洞方解石充填物地球化学数据的基础上,以洞穴充填方解石成因类型为切入点,详细分析了构造运动背景、热液活动、油气充注、方解石的产状以及洞穴受力情况,通过与Fort Worth盆地深埋洞穴埋藏史的对比和分析,提出塔河地区深埋岩溶洞穴的一种保存机制。研究区岩溶洞穴方解石主要是长期浅埋阶段,以大气淡水成因为主,海水成因为辅形成,深埋过程还受到了溶蚀性流体(岩浆热液和有机酸)后期改造。方解石充填物增加了洞穴的抗压性,岩溶洞穴内部充填的方解石在埋藏过程中支撑了洞穴;岩溶洞穴顶部裂纹中充填的方解石还"愈合"了洞穴周边的裂纹,强化了洞穴的顶板,增加了洞穴整体的稳定性。充填的方解石在垮塌前占据了部分洞穴空间,在埋藏后,高温有机酸、CO_2、H_2S和岩浆热液沿着深大断裂等通道对奥陶系碳酸盐岩改造溶蚀作用明显,也对处于优势通道和良好储集性能的洞穴充填方解石进行了改造,恢复了部分洞穴空间。因而认为地表、近地表方解石充填过程是碳酸盐岩洞穴型储层的"保持性成岩作用"。

考虑厚跨比的基桩下伏溶洞顶板冲切特性试验研究

根据相似理论,设计并完成了4组厚跨比条件下基桩下伏溶洞顶板冲切特性大比例室内模型试验,得到了基桩和顶板的荷载-位移曲线、顶板底面的应变-位移曲线,并分析了桩-溶洞体系冲切特性承载机制。结果表明,基桩荷载-位移曲线在加载过程中出现了两个较为明显的弹塑性区;顶板表面荷载-位移曲线中,厚跨比ξ<0.125和ξ<0.200时的位移在加载过程中出现回弹。与此同时,试验板底面应变变化与底面裂缝的发展趋势相吻合。试验板的冲切破坏是剪切效应和弯曲效应综合作用的结果,随着厚跨比的增大,桩-溶洞体系的极限承载力有所增大,位移量有所减小,剪切效应趋于明显,弯曲效应逐渐消失。冲切锥台的形状随着厚跨比变化显著,厚跨比ξ<0.250时,冲切锥台较为厚实,且沿边界破坏;厚跨比ξ<0.200时,冲切锥台则不受限制。最后,通过分析4组厚跨比条件下试验板冲切锥台,拟合了冲切锥台破坏母线与厚跨比x和基桩直径d的关系曲线,为岩溶区基桩溶洞顶板的理论研究和工程实践提供了依据。

连续配筋混凝土板在岩溶及采空区公路建设中的应用

采用连续配筋混凝土板对岩溶及采空区路基进行处理 ,可增强路面层抵抗弯矩的能力 ,消除安全隐患 ,具有良好的经济效益。本文给出的连续配筋混凝土路面板配筋计算公式经济合理 ,三维有限元整体分析安全可靠 ,对于西部高等级公路岩溶及采空区的处理具有较好的借鉴意义。

西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究

黔西南矿区为我国典型的岩溶发育矿区,采动影响下岩溶顶板导水裂隙高度异常发育,雨季大气降水极易通过超高导水通道进入井下工作面,造成工作面涌水灾害,严重影响矿井的正常生产。为此,以新田煤矿煤层开采的导水裂隙为研究对象,在分析矿区溶洞赋存特征基础上,采用现场实测、室内模拟及理论分析等手段,研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律,揭示了超高导水裂隙的发育机理,结果表明:①研究区域顶板溶洞在地表—玉龙山段—长兴组等层位由上而下具有明显的分带现象,地表沿沟谷处落水洞发育,玉龙山段强含水层中上部溶洞发育,且呈现不同形态的串珠状,长兴组仅局部赋存直径较小的溶洞;②岩溶含水层中溶洞对导水裂隙有着重要的影响,无溶洞条件下,导水裂隙发育高度为43.1 m,裂采比为14.4,含溶洞条件下,导水裂隙发育异常,其高度可达173.1 m,裂采比高达57.7,与玉龙山段灰岩强含水层沟通;③溶洞下顶板导水裂隙由采动上行裂隙和溶洞失稳下行裂隙两部分构成,采动影响下,溶洞在集中应力和采动附加应力的共同作用下发生失稳,并容易形成下行裂隙,与采动上行裂隙沟通,最终形成黔西南矿区特殊的超高导水裂隙。

基于Schwarz交替法的岩溶区双孔土洞地基稳定性分析

为分析岩溶区双孔圆形土洞的地基稳定性,利用柯西积分法求出存在单一土洞时的复应力函数,基于Schwarz交替法进行二次迭代导出双极坐标系下土层中任意一点的应力大小;通过应力坐标转换求得土体的最大、最小应力,利用Mohr-Coulomb强度准则判定土洞洞边最危险点的稳定状态;将本文方法计算结果与精确解析解以及ABAQUS数值模拟结果进行对比,并结合工程算例验证了Schwarz交替法具有较高的精度;引入稳定系数,从土体的侧压力系数、土洞半径比以及土洞相对位置3个方面对双孔土洞的稳定性进行参数分析,结果表明:土洞稳定系数与土体侧压力系数呈线性正相关,随土洞半径比的增大而非线性减小,随土洞相对位置的增大先保持不变而后线性增大。

岩溶区隧道爆破开挖地震危害控制的研究

隧道爆破开挖是爆破安全工程问题 ,也是工程质量安全问题 ,从长远考虑更是安全及环保问题 ,因震害的潜隐性和危害性 ,必须对其从宏观与微观、工程及周边环境全面考虑。笔者结合爆破作用下微裂纹扩展机理的分析 ,将爆破震速耦合到裂纹损伤断裂条件中 ,得到爆破震动的安全控制标准计算公式 ,结合工程实例 ,给出了不同条件下岩溶区隧道爆破开挖安全控制的建议标准 ,并且提出了爆破地震危害的控制措施 ,为类似工程提供参考。

巴楚隆起先巴扎三维区鹰山组岩溶特征及成因

巴楚隆起西部剥蚀区先巴扎三维区鹰山组在加里东中期长期暴露地表接受大气淡水淋滤发生岩溶作用。以加里东中期岩溶古地貌为基础,结合精细相干和地震属性分析,对研究区古水系进行精细刻画,类比研究区与西克尔露头的岩溶特征,总结造成这种岩溶特征的成因。研究区地表各水系从干流到分支河谷发育且成熟而稳定,树枝状水系发育,表明该区具有丰富的大气淡水补给和良好的岩性-构造条件,地表岩溶相当发育;而地下水系主要以地表主干水系为排泄基面,其基本围绕地表水系分布且分支少,说明地下水没有形成系统的水文网络,地下岩溶的发育受到一定限制。研究区缺乏良好的径流和排泄系统,岩溶洞穴分布有限,以孤立分散洞穴为主,很少发育大的洞穴或暗河。地下岩溶发育程度低的原因包括岩溶发育不彻底、洞穴充填和溶蚀孔洞层发育。