桩基荷载下串珠状隐伏溶洞围岩稳定性研究

发布时间：2017-04-10 23:44

  本文关键词：桩基荷载下串珠状隐伏溶洞围岩稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国西部大开发战略的实施,公路、铁路建设逐渐向山区延伸。由于我国西部地区岩溶发育,山区公路、铁路交通工程的修建经常遇到岩溶地质条件,溶洞给桥梁墩台基础的稳定带来很大危害。此外,岩溶地区桥梁桩基处于各种复杂的水文地质和工程地质岩体中,如何在岩溶区安全、优质、快速地修建桥梁桩基成为工程界急切需要解决的问题。在国外,对岩溶地区桩基设计与施工的还没有确定性的指导依据,工程上常用大量混凝土对溶洞进行填充。在国内,这方面研究也处于起步阶段,虽然也有不少学者对岩溶地区的桩基设计与施工进行了研究,但是大多数是针对单溶洞的情况,鲜有学者对串珠状溶洞的情况进行系统研究。因此,研究桩基荷载作用下串珠状隐伏溶洞的围岩稳定性具有重要的理论意义和工程实用价值。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对桩基荷载作用下串珠状隐伏溶洞的围岩稳定性进行了较为系统深入的研究。论文的主要研究内容和成果如下:(1)针对现阶段处于摸索阶段的溶洞围岩稳定性的定量评价方法,本文基于弹性力学中的薄板小挠度理论,对于呈水平产状,且厚度与最小横向尺寸之比小于1/4或者1/5的溶洞顶板,根据不同的形态和裂隙发育程度将其简化为不同的力学模型,并推出不同模型对应的最大应力和最大扰度的计算公式,最后根据最大拉应力准则和摩尔库伦准则推算出不同模型的安全厚度计算公式。此外,为定量考虑多个溶洞对薄板小挠度模型所计算出的结果的影响,采用数值模拟的方法,分析了溶洞个数、半径和高度变化等的情况下,溶洞顶板的应力分布及极限承载力的变化情况,并得出相应的变化规律。(2)对于直径较小且埋藏较深的溶洞,本文从弹塑性理论出发,将其视为含有孔洞的双向受压无限板的应力分布问题,详细分析了单个溶洞及两个等半径圆形溶洞的情况,得出了溶洞围岩的应力计算公式,并讨论了该模型在工程中的适用性,认为对于单溶洞情况,基础底面至溶洞中心的距离大于5R(R为溶洞半径);对于两个等直径圆形溶洞情况,基础底面至溶洞中心的距离大于5.5R,就可以用该模型来计算溶洞围岩的应力分布情况。最后,利用格里菲斯准则对溶洞围岩的应力集中部位的稳定性进行评价,并分析了影响溶洞围岩稳定性的因素。此外,本文运用数值模拟的方法,对双向受压无限板模型理论计算所得到的应力分布规律进行验证,分析了溶洞个数、形态、间距、位置变化的情况下,溶洞围岩的应力分布的变化情况,并得出了相应的变化规律。(3)针对岩溶地区进行桩基的设计与施工时最关心的溶洞顶板的安全厚度问题,本文运用数值模拟的手段,分析了岩体等级、溶洞半径、溶洞高度、单桩荷载、溶洞间距、桩径等因素变化对溶洞顶板安全厚度的影响,并得到了不同因素与溶洞顶板安全厚度之间的函数关系式。最后运用多元回归分析的方法,得到考虑各因素共同作用下溶洞顶板安全厚度的计算公式,该理论为工程中计算合理的溶洞顶板安全厚度提供了依据。
【关键词】：串珠溶洞 桩基 力学模型 安全厚度 影响因素
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.15
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-14
• 主要符号14-15
• 1 绪论15-25
• 1.1 研究的背景及意义15-17
• 1.2 国内外研究现状17-22
• 1.2.1 桩基荷载作用下溶洞围岩应力分布与破坏特性研究现状17-18
• 1.2.2 桩基荷载作用下溶洞顶板安全厚度计算公式研究现状18-20
• 1.2.3 桩基荷载作用下溶洞围岩稳定性评价研究现状20-22
• 1.3 主要研究内容及技术路线22-25
• 1.3.1 主要研究内容22
• 1.3.2 研究方法与技术路线22-25
• 2 基于薄板小挠度理论的溶洞顶板稳定性计算模型25-53
• 2.1 引言25
• 2.2 桩基作用下溶洞围岩的稳定性定性评价方法25-29
• 2.2.1 《工程地质手册》推荐的定性评价方法25-26
• 2.2.2 多级模糊决策定性评价方法26-28
• 2.2.3 现行规范中的定性评价方法28-29
• 2.3 溶洞顶板与桩基作用体系的简化模型29-33
• 2.4 基于薄板小挠度理论的溶洞顶板受力分析33-45
• 2.4.1 基本假定33
• 2.4.2 弹性力学中薄板小挠度弯曲问题相关计算理论33-35
• 2.4.3 各模型的受力特性分析35-45
• 2.5 溶洞顶板的安全厚度计算45-51
• 2.5.1 基于最大拉应力的溶洞顶板安全厚度计算公式45-46
• 2.5.2 基于摩尔库伦理论的溶洞顶板安全厚度计算公式46-48
• 2.5.3 基于抗冲切破坏的溶洞顶板安全厚度计算公式48-50
• 2.5.4 基于抗剪切破坏的溶洞顶板安全厚度计算公式50-51
• 2.6 本章小结51-53
• 3 基于双向受压无限板理论的溶洞围岩稳定性计算模型53-69
• 3.1 引言53
• 3.2 单个溶洞的双向受压无限板计算模型53-61
• 3.2.1 双向受压无限板中孔的应力分布弹性解53-56
• 3.2.2 双向受压无限板计算模型的适用条件56-58
• 3.2.3 溶洞围岩的稳定性评价58-59
• 3.2.4 溶洞围岩的稳定性影响因素分析59-61
• 3.3 两个等半径圆形溶洞的双向受压无限板计算模型61-66
• 3.3.1 双向受压无限板中孔的应力分布弹性解61-64
• 3.3.2 双向受压无限板计算模型的适用条件64-66
• 3.4 更复杂的串珠状溶洞的双向受压无限板计算模型66-67
• 3.5 本章小结67-69
• 4 桩基作用下串珠状溶洞围岩应力变化规律数值模拟69-99
• 4.1 引言69
• 4.2 计算模型的建立及参数选取69-75
• 4.2.1 计算模型及假设条件69-71
• 4.2.2 岩体及上覆土层的物理参数71-72
• 4.2.3 溶洞的形态及分布情况72-73
• 4.2.4 桩的几何尺寸及单桩承载力73-74
• 4.2.5 地下水74
• 4.2.6 洞内填充物74
• 4.2.7 材料本构模型的确定74-75
• 4.3 桩基荷载下溶洞顶板应力分布及承载特性研究75-88
• 4.3.1 溶洞顶板极限承载力确定方法研究76-79
• 4.3.2 多个等间距等直径溶洞的影响79-84
• 4.3.3 溶洞半径变化的影响84-86
• 4.3.4 溶洞高度变化的影响86-88
• 4.4 桩基荷载下溶洞围岩应力分布研究88-98
• 4.4.1 多个等间距等直径溶洞的影响89-91
• 4.4.2 溶洞形态变化的影响91-93
• 4.4.3 溶洞间距变化的影响93-96
• 4.4.4 溶洞位置变化的影响96-98
• 4.5 本章小结98-99
• 5 串珠状溶洞顶板安全厚度计算模型研究99-125
• 5.1 引言99
• 5.2 岩体的分级方法99-105
• 5.2.1 岩体质量分级方法99-103
• 5.2.2 溶洞围岩岩体参数确定的理论方法103-104
• 5.2.3 溶洞岩体参数的综合取值104-105
• 5.3 桩端岩体的破坏特性及溶洞顶板破坏的判定方法105-107
• 5.4 影响串珠状溶洞顶板安全厚度的单因素分析107-117
• 5.4.1 岩体等级变化影响107-108
• 5.4.2 溶洞半径变化的影响108-110
• 5.4.3 溶洞高度变化的影响110-112
• 5.4.4 单桩荷载变化的影响112-113
• 5.4.5 溶洞间距变化的影响113-115
• 5.4.6 桩径变化的影响115-117
• 5.5 多影响因素下溶洞顶板安全厚度计算公式推导117-123
• 5.5.1 多元回归分析117-120
• 5.5.2 回归模型优化120-123
• 5.6 本章小结123-125
• 6 结论与展望125-127
• 6.1 结论125-126
• 6.2 展望126-127
• 致谢127-129
• 参考文献129-133
• 附录133
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录133
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目133

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周建民,赵佩胜;淹没坑道围岩稳定性分析及加固措施[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2003年06期

2 曹丽文;魏永军;李新民;张静;练翠侠;;围岩稳定性分级影响因素的灰色关联度分析[J];中国煤田地质;2006年05期

3 闫志刚;杜立峰;;围岩稳定性现场监测分析[J];中国高新技术企业;2007年02期

4 陈祥林;李浩;陈军;;锚杆参数对围岩稳定性影响的数值分析[J];低温建筑技术;2010年06期

5 李兴斌;;围岩稳定性分类技术的现状和展望[J];现代工业经济和信息化;2013年16期

6 李兆权;围岩稳定性分级法有新的突破已通过鉴定[J];东北工学院学报;1984年04期

7 李健;汪明武;徐鹏;徐鹏冲;;基于云模型的围岩稳定性分类[J];岩土工程学报;2014年01期

8 胡宝清;可拓评价方法在围岩稳定性分类中的应用[J];水利学报;2000年02期

9 张丽;胡文斌;;影响坑道围岩稳定性的因素[J];江西测绘;2007年04期

10 李宁;朱才辉;姚显春;何敏;;一种浅埋松散围岩稳定性离散化有限元分析方法探讨[J];岩石力学与工程学报;2009年S2期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 雷学文;汤斌;王瑞芳;;工程围岩稳定性分类的人工神经网络识别[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年

2 杨忠允;时维强;;基于围岩稳定性的隧道开挖数值模拟优化[A];公路交通与建设论坛（2009）[C];2010年

3 王鲁明;赵洪先;刘军;王永峰;;地下工程裂隙围岩稳定性的边界元法分析[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年

4 郑力;朱可善;朱敬民;樊泽宝;;均质岩体中地下洞室的模型试验研究[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年

5 董长吉;王海爽;;围岩稳定性模糊综合评价方法的研究与应用[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学（北京）百年校庆学术会议论文集[C];2009年

6 孙钧;戚玉亮;;厦门海底隧道围岩稳定性正算反演分析[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集（3）[C];2009年

7 慎乃齐;刘飞;连建发;;人工神经网络在围岩稳定性分类中的应用[A];2002年中国西北部重大工程地质问题论坛论文集[C];2002年

8 李兆权;;用围岩位移进行稳定性分级的探讨[A];地下工程经验交流会论文选集[C];1982年

9 赵海涛;江波;;地下洞室围岩稳定性评价方法的适用性研究[A];2013年12月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2013年

10 李新平;代翼飞;胡静;;某岩溶隧道围岩稳定性及涌水量预测的流固耦合分析[A];全国地下工程超前地质预报与灾害治理学术及技术研讨会论文集（Ⅰ）[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 通讯员 张郁;重庆聚云山隧道全面贯通[N];中华建筑报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 杨峰;浅埋隧道围岩稳定性的极限分析上限法研究[D];中南大学;2010年

2 张前进;基于TSP多波关系的围岩稳定性等级判定方法研究[D];中国地质大学（北京）;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 钟彦之;塔柱式地铁车站的围岩稳定性及施工力学研究[D];西南交通大学;2015年

2 刘峰辉;武深高速公路吉家坡隧道施工围岩稳定性研究[D];重庆交通大学;2015年

3 张淼;大倾角中厚煤层破碎顶板炮采转综采围岩稳定性研究[D];重庆大学;2015年

4 龙帅;含软弱夹层陡倾岩层中地铁车站围岩稳定性研究[D];重庆大学;2015年

5 刘东海;某地下水封洞库围岩稳定性研究[D];西南交通大学;2015年

6 岳文泽;基于超前预报和数值模拟的隧道施工围岩稳定性研究[D];中国地质大学(北京);2016年

7 袁性涵;基于数值实验的隧道全程围岩稳定性智能评价研究[D];重庆大学;2016年

8 蒲谢东;桩基荷载下串珠状隐伏溶洞围岩稳定性研究[D];重庆大学;2016年

9 杨永香;特殊地质条件下龙潭隧道的围岩稳定性数值研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2006年

10 黄云科;煤系岩层隧道施工性态及其围岩稳定性的分析[D];重庆交通大学;2013年

  本文关键词：桩基荷载下串珠状隐伏溶洞围岩稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：297830