地下水抽取对溶洞稳定性影响的流-固全耦合分析

岩溶区抽取地下水导致水位被迫下降将诱发溶洞坍塌及地面沉降等灾害,其实质是流场和力场相互作用的结果。为精确评判溶洞稳定性和沉降风险性,需构建流-固耦模型模拟地下水抽取过程中的流场和力场的时空分布。基于连续介质力学推导给出流-固全耦合控制方程,结合渗透率关系、应力-应变关系等本构方程给出闭合数学描述,通过经典算例验证模型有效性后分析全耦与传统解耦计算的差异。以深圳市场地工程地质条件为背景,根据勘察参数,计算分析不同抽水速率、洞径、洞形等多个关键因素下孔压、应力和塑性区的时空分布,阐述多物理场作用下岩溶塌陷及地面沉降的力学破坏机制,并基于灰色理论对各影响因素敏感性大小进行分析。结果表明:在重点分析土体渗流时,耦合作用不可忽视;与勘察结果一致,水力压降造成的应力集中是形成地面沉降和溶洞坍塌的主要因素;地面沉降对抽水速率、洞径和洞形更为敏感,溶洞稳定性对抽水速率和洞径更为敏感。研究成果可为岩溶塌陷防治提供参考。

某岩溶场地地质勘察方法与溶洞稳定性评价

工程实践中岩溶场地的岩土工程勘察手段较多,以某新建住宅项目为例,采用综合勘察方法分析了场地内地下岩溶的发育特征,并采用半定量的方法深入分析了场地岩溶对基础稳定性影响程度。研究表明,场地内岩溶主要沿构造线方向及岩性界限以垂直发育为主,规模较小,发育状况复杂、不均一,总体属中等发育,局部为微弱或强烈发育;地表岩溶延伸方向与场地地质构造线方向相同,似成串珠状分布;场地内溶洞(隙)发育随着高程的降低,溶洞有增大的趋势,建筑物基础持力层影响范围岩溶中等发育。考虑场地内岩溶洞穴规模较小,场地内钻孔揭露的溶洞<7m,即便暗河穿过场地北侧最为低洼的岩溶洼地,暗河对场地稳定性影响也是微弱的。研究结果为该项目岩溶地基的分段处置建议提供了更为详实可靠的设计依据。

FLAC3D溶洞稳定性评价的前处理程序开发及其工程应用

岩溶区的溶洞发育具有复杂性、多变性和特殊性,在进行溶洞稳定性评价时,若采用FLAC3D内置的命令流来建立溶洞模型,其命令流繁多,操作难度大。为此,文章专门针对岩溶区溶洞稳定性评价,采用Visual Basic程序语言开发FLAC3D前处理程序,并以某岩溶区工程建设项目中M473钻孔钻遇溶洞的稳定性计算为例进行介绍,验证了该程序的处理功能和适用性,为FLAC3D溶洞稳定性评价提供了一种便捷方法,增强了工程建设的安全性。

岩溶区地连墙底部溶洞稳定性分析方法

为了解决岩溶区地连墙灌注阶段与溶洞间岩层稳定性问题,首先,依据岩溶区地连墙灌注阶段受浆液荷载作用的岩层力学特性,将上部覆盖岩土层等效为重度相同的岩层,建立岩层等效计算模型;然后,将地连墙底部及侧部的分布荷载视为作用于岩层内部,利用Mindlin解分别求出两种荷载作用下半无限空间内应力计算式;再基于复变函数进行岩层自重作用下溶洞边界的地层应力解析;最后,将墙底部与侧部的浆液荷载作用下产生的地层应力与岩层自重作用在含有溶洞地层的应力叠加,由此得到地连墙底部荷载与侧部荷载作用在含有溶洞的地层应力,在此基础上通过应力变换求得溶洞边界上的最大主应力和最小主应力,并引进Griffith强度准则,进行溶洞稳定性评判。结果表明:地层应力计算得出受上述荷载作用下溶洞边界处的应力最集中,因此在工程应用中,可通过对溶洞边界上岩层失稳关键点进行验算进而判断溶洞在地连墙浆液荷载作用下是否会破坏;理论计算结果与工程实际能够较好吻合,为岩溶区地连墙注浆液荷载作用下岩溶空洞稳定性评判提供了一种新的、更接近工程实际的理论分析方法。

基于Griffith强度准则的岩溶区桩基溶洞稳定性分析

为了给出桩端荷载作用于不同位置溶洞的稳定性评价方法,首先,依据岩溶区桩基承载特性,不考虑桩身侧摩阻力的影响,将上覆土层等效为相同重度的岩层,建立简化计算模型。其次,将桩端荷载等效为一集中力,基于Mindlin解求得桩端荷载作用下半无限空间内的地层应力。再次,利用复变函数的方法求得溶洞在重力作用下的地层应力,其主要思想是通过映射函数将溶洞所在平面映射到单位圆外域上,根据边界条件对地层应力进行求解。最后,将桩端荷载作用下产生的地层应力与溶洞在重力作用下产生的地层应力进行叠加,从而得到桩端荷载作用在含有溶洞地层中的应力表达式,并在此基础上求得最大、最小主应力,同时引入Griffith强度破坏准则,对溶洞稳定性进行评价。结果表明:通过计算可得溶洞边界上的应力最为集中,因此在实际工程应用中,可对溶洞边界上关键点进行验算来判断溶洞在桩基荷载作用下是否会发生破坏;理论计算结果与工程实际情况吻合良好,为岩溶区桩端荷载作用下溶洞稳定性评价提供了一种新的、更为接近工程实际情况的理论计算方法;值得注意的是,所提计算模型是基于平面应变假定,不能考虑桩和溶洞之间的空间效应,因此该方法也只能考虑单个溶洞的影响,这些问题在后续研究中值得深入探讨。

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。

覆盖型岩溶地区单溶洞静荷载稳定性数值模拟

针对覆盖型岩溶地区岩土工程勘察过程中经常遇到的溶洞稳定性问题,运用有限差分软件FLAC3D数值模拟研究2类典型条件(自重应力和地表上覆静荷载)下的单溶洞稳定特性。研究结果表明,在自重应力作用下溶洞存在对于地层稳定性影响较小,最大沉降量和最大隆起量分别出现在洞顶和洞底;而在地表上覆静荷载作用下溶洞则对地层稳定性具有较大影响。最大沉降量出现在地表,洞底不再隆起而是沉降。两者洞顶zz分量应力随计算时间均表现为先上下波动后趋于稳定的特性。研究成果对于岩溶地区溶洞稳定性问题的防治具有参考意义。

桩基荷载作用下溶洞顶板稳定性研究综述

桩基荷载作用下溶洞顶板是否稳定关系到桩基及上部结构的稳定性甚至安全性,因此对于溶洞顶板稳定性问题是一个值得研究和需要解决的问题。桩基作用下溶洞顶板稳定性研究重点包括力学简化模型、有限元数值方法和室内试验等三个方面,本文针这几个方面的现有国内外研究成果进行归纳总结,分析提出研究领域需要解决的重要问题,为下一步研究指明方向。

黔张常铁路高山隧道巨型溶洞处理技术研究

黔张常铁路高山隧道高位斜穿巨型溶洞,巨型溶洞体量大,整体稳定性较差,洞壁危岩分布较多,危岩向洞内位移,落石危险时有发生。为解决巨型溶洞处理带来的困难,降低安全风险,针对巨型溶洞提出线路绕避、回填处理和桥跨处理3类11个处理方案,在综合考虑施工、运营安全及经济性的基础上,选择回填处理方案,并最终确定“回填洞砟+上部注浆加固”的处理方案。施工中形成溶洞分阶段回填、洞壁洞顶锚网喷安全防护、回填体注浆加固、隧道明洞结构保护性施工和回填体工后沉降预处理等一系列关键施工技术。超厚回填体在线沉降监控和施工过程控制结果表明,溶洞处理施工顺利、处治方案技术可靠、成本经济,可为类似工程提供借鉴。

高速公路隧道超大型溶洞处治技术研究

以湖北宜都至来凤高速公路太平隧道施工中遇到的超大型溶洞为例,根据溶洞形态和工程地质条件,通过多种方法对溶洞稳定性进行分析。结果表明:溶洞现状整体基本稳定;综合考虑溶洞稳定性评价结果、施工的安全性等,对太平隧道超大型溶洞处理技术进行研究,提出了保留顶板,洞内分别采用暗挖、明洞、立柱和梁板以及揭开顶板共4个方案,从技术支撑点、优缺点等方面进行方案比选,最终确定采用保留溶洞顶板,洞内采用明洞方案。

岩溶地区高速公路路桥基下伏溶洞顶板力学简化计算模型研究

溶洞顶板力学简化计算模型是溶洞顶板稳定性分析与评价的基础,对岩溶地区高速公路路桥基稳定性判断具有重要的工程实际意义。根据岩溶地区高速公路路桥基下伏溶洞顶板实际受力特点,视均布荷载及中部集中力为路基与桥基下伏溶洞顶板所受上部压力,将溶洞顶板简化为两种荷载作用下的3类简单梁结构模型,即简支梁模型、两端固定梁模型和悬臂梁模型,并基于材料力学理论引入奇异函数的初参数法,推导出6个溶洞顶板力学简化计算模型的挠曲线方程。以广东韶关丹霞高速公路互通区路桥基下伏溶洞为例,利用推导出的挠曲线方程计算出对应简化计算模型的挠度分布,并与有限元数值模拟结果进行对比分析,结果发现:两端固定梁模型的挠度分布曲线与有限元数值模拟的结果最为接近,实际工程中宜采用两端固定梁模型作为路桥基下伏溶洞顶板稳定性评价的基础。

云南岩溶地区站场桩基设计及溶洞治理措施

为缓解云南地区缺油局面,众多炼厂及成品油项目落户云南岩溶地区,但尚未对岩溶地区桩基承载力计算、桩端顶板厚度进行明确的规定,造成岩溶地区设计的盲目性。针对此种情况,从设计角度出发,明确工程初期的岩溶地区勘察技术要求。结合以往工程的成功经验和相关资料查询,提出了岩溶地区溶洞顶板稳定性计算的数学模型、岩溶地区桩基承载力计算公式以及各异溶洞治理措施,确保了桩基工程质量安全,节省了工程造价,对云南省乃至全国的岩溶地区桩基础设计与施工具有重要的指导意义。

广佛高速公路扩建工程雅瑶大桥岩溶特征及分析

介绍广佛高速公路扩建工程雅瑶大桥的岩溶发育特征及其对桩基的危害。结合在岩溶区进行工程勘察实践 。

岩溶区勘察与防治措施探讨

文中分析了研究区溶洞稳定性分析评价及对工程建设影响,对研究区岩溶提出了四个方面的防治措施,供大家参考借鉴。

Stability analysis and determination of rock pillar between two adjacent caverns in different regions of Asmari formation in Iran

Large underground caverns are commonly used in variety of applications. In many cases, because of the geomechanical limitations of dimensions and requirement of high volume, several parallel caverns are used. Plastic zone integration requires a larger rock pillar distance of theses adjacent caverns while eco- nomic and access reasons require smaller distance. In lran many underground projects are located in West and South West, Asmari formation covers a large part of these regions. The stability of underground spaces that are constructed or will be constructed in this formation has been investigated. A proper cross section based on plastic analysis and a stability criterion has been proposed for each region. Finally, in each case, allowable rock pillar between adjacent caverns with similar dimension was determined with two methods （numerical analysis and fire service law）. Results show that Fire Service Law uses a very con- servative safety factor and it was proposed to use a correction factor for allowable distance based on application of underground space.