非均布路基荷载下溶洞顶板稳定性分析

基于Boussinesq解求得在非均布路基荷载作用下溶洞顶板上的附加应力,利用MATLAB采用高阶次函数拟合顶板上附加应力的分布形式;将计算结果与上覆土层和顶板的自重作用相叠加,得到溶洞顶板分别按简支梁、固支梁和悬臂梁计算时的最大弯矩和最大剪力;进而,通过对溶洞顶板最大拉应力和最大剪应力的计算,用以判定溶洞顶板抗弯和抗剪切的稳定性,从而提出一种非均布路基荷载下溶洞顶板的稳定性评价方法。最后,引入稳定系数,从路基荷载的分布形式、溶洞与路基荷载的相对位置、溶洞顶板的厚度以及顶板跨径四个方面进行参数分析;并通过工程算例对比分析,验证本文方法的可行性和合理性。     

岩溶地区隐伏溶洞顶板稳定性及变形分析

溶洞顶板以及溶洞本身的变形是评价含隐伏溶洞岩溶地基稳定性最为直观的技术指标,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,确定桥基隐伏溶洞顶板安全厚度为8.0 m能够满足稳定性要求,突破了设计规范中对溶洞厚跨比必须大于0.8的要求。利用有限元计算,预测了桥基下溶洞及顶板的变形规律,采用钻孔多点位移计实现了在施工荷载施加过程中对溶洞及顶板岩体的变形的实时监测,有效验证了数值计算结果的合理性。监测结果表明：溶洞顶板不同岩层及溶洞本身的变形在荷载施加初期发展较快,相同施工荷载作用下洞体本身的应变最大,而顶板表层的应变又高于洞体上部岩层应变。     

岩溶路基溶洞顶板稳定性分析

可溶性碳酸盐岩类发生岩溶或岩溶现象是一种自然地质现象。我国的西南、华南地区地形地质条件复杂,岩溶地形分布相当广泛,给这些地区的公路建设带来许多困难。通过结构力学简化计算,半定量分析岩溶地区公路路基隐伏岩溶稳定性,得到稳定性和溶洞顶板、跨度、和覆盖层厚度之间的关系。并应用于乐广高速岩溶评价,能方便快速地分析溶洞顶板的稳定性。对我国岩溶地区的公路路基的稳定性分析评价,将具一定的借鉴和参考价值。     

内宜高速公路K96+800～K99+380段路基病害成因及防治方法探讨

内宜高速公路K96＋800－K99＋380路段穿越多个山丘和谷地。自1998年路基建成以来，该段路基发生过量沉降及侧向挤出坍滑等病害，主要原因是路堤填筑土高度和厚度大，下伏淤泥质土孔隙比大，加之路堤施工速度快，附加剪应力高，荷载宽度大等。采取压浆和旋喃及粉喷桩相结合的处理工程，即上部填筑土体系采取压浆加固，下部淤泥质土等采取旋喷及粉喷桩加固，不仅可提高地基土的密实度，也可防治路基的侧向塑性挤出和坍滑。     

季节冻土区高速铁路防冻胀路基保温强化特性研究

季节冻土区路基的冻胀变形影响高速列车的运行速度、行车安全。以普通级配碎石路基结构为原型,建立轨下基础热-力耦合模型和路基结构外力作用模型,通过温度场和变形场的现场监测数据、力学特性计算的文献资料验证了模型的可靠性。在此基础上建立水泥稳定碎石路基、保温强化层+级配碎石路基、保温强化层+水泥稳定碎石路基3种防冻胀路基模型,计算冻胀变形和受力特性。结果表明：保温强化层和水泥稳定碎石填料均有效减小了路基的冻胀变形,其中保温强化层+水泥稳定碎石路基的冻结深度和最大冻胀量最小,分别为0.8 m、1.585 mm;保温强化层可减小基床表层竖向应力,且弹性模量较大的水泥稳定碎石可加速竖向应力的衰减,使得基床底层承受应力减小。保温强化层+水泥稳定碎石基床表层结构可为季节冻土区高速铁路路基结构的选型提供参考。     

注浆技术在洛湛铁路岩溶路基施工中的应用

洛湛铁路D1K41+300~84585段路基上部土层松散，下部岩体(石灰岩)溶洞发育，根据工程地质水文地质情况，确定注浆参数和注浆方式，在土体和岩体中通过不同的浆液注浆，固结、充填松散的土层和岩体中的溶蚀、溶洞、溶槽等，使之形成完整的固结体，从而加强岩溶路基的承载力，确保铁路正常运营。介绍了注浆施工工艺及注浆效果。     

基于极限分析法的溶洞顶板极限承载力研究

针对下伏溶洞顶板极限承载力问题,提出了两种顶板极限承载力计算方法;方法 1:假定冲切体为圆锥台,由极限平衡法得出极限平衡状态下破坏面上拉应力与剪应力同时作用时的极限承载力;方法 2:假定冲切体是以一个未知曲线为母线的旋转体,由极限分析法求出其母线形式以及极限承载力的表达式,通过求偏导获得了溶洞顶板的极限承载力。同时进行了下伏溶洞顶板极限承载力室内模型试验,得到了1~5倍桩径顶板厚度下溶洞顶板基岩的破坏模式以及相应的极限承载力,实测结果与理论吻合良好。研究表明:溶洞顶板厚度为1D至3D(D为桩径)时,发生冲切破坏,破坏模式是以曲线为母线的旋转体,4D时发生撕裂+冲切复合破坏,5D时基岩出现塑性破坏。在溶洞顶板厚度为1D~4D时,同一跨径比条件下,极限承载力随顶板厚度的增加呈线性增长,达到5D时,顶板承载力与基岩基本一致。     

基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究

为了研究改良膨胀性注浆材料的注浆效果,通过室内试验采集浆液结石体物理力学参数,应用有限元软件Midas GTS NX在CATIA所构筑的三维溶洞模型的基础上,结合修正莫尔–库仑模型及弹性本构关系,分析了桩基础下土层的应力与变形在空洞及改良前后不同浆液填充状态下的变化规律,以此为标准对注浆效果进行对比分析。研究表明：对桩基础下溶洞进行注浆充填加固可有效保障桩基础及桩基础下溶洞的稳定性,避免工程事故的发生,相比于普通水泥浆液,改良膨胀性注浆材料的整体强度明显改善,变形与应力均有所减小,结构更均匀,更密实。同时也表明,通过数值模拟分析确定溶洞的注浆效果具有一定的可行性和指导意义,可为工程的设计与施工提供参考。     

岩溶水作用下填石路基稳定性模型试验研究

以广西水南高速为工程依托点,通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,针对岩溶区填石路基中不同岩溶形态的处置方式,模拟研究岩溶水对填石路基的稳定性问题。试验中,重点研究了四种结构: 填石级配型、(片石+ 级配碎石+ 土工布+填石)型、反滤层型、(土+ 填石)型,它们分别对应岩溶水对填石路基侵蚀问题及填石路基的稳定性问题,漏斗、落水洞的处理及土工布防止细粒土流失引起路基变形问题,溶洞填充物的流失问题,岩溶水对粘土路基潜蚀问题及石牙地基的处理。试验结果表明,地下水位变化的瞬时速度对填石路基的稳定性具有重要意义,不同的处置方法在抵抗地下水冲刷方面有显著区别。      

溶洞顶板极限承载力研究

针对国标《工程岩体分级标准》[1]中Ⅲ、Ⅳ类岩体条件,采用显式有限差分法,对岩溶地区扩大基础下椭球状溶洞顶板稳定性进行了分析。通过对溶洞顶板的应力和位移变化规律及塑性区演化规律研究,得出在两种岩体条件下不同溶洞跨度和顶板厚度时溶洞顶板的极限承载力,绘出了溶洞跨度、顶板厚度对极限承载力的联合影响曲面。溶洞顶板的极限承载力随溶洞跨度的增大而减小,随溶洞顶板厚度的增大而增大。在其他条件相同时,Ⅳ类岩体的溶洞顶板极限承载力仅为Ⅲ类岩体的1/3左右。     

桩基下岩溶顶板稳定性有限元阶段分析

为了研究桩基下伏溶洞顶板的稳定性以及破坏模式,利用有限元软件DIANA进行阶段分析,模拟地基土体在溶洞不断扩大过程中渐进塑性变形及位移场特性,并以无溶洞时地基极限承载力为标准设置5个不同桩端载荷等级,对比分析荷载等级和溶洞发育对于围岩稳定性的耦合影响,并总结出溶洞发育过程中顶板的破坏模式和机理。得出如下结论:溶洞发育和桩端荷载等级均存在临界安全值。在荷载等级较小时,溶洞对地基起主要影响作用,溶洞不断发育使塑性应变沿桩基下方斜向下不断扩展。当荷载等级较大时,相同发育阶段溶洞顶板塑性应变显著增大,即使溶洞发育处于安全阶段,也可能使临界安全阶段提前,发生破坏。数值模拟较好地反应实际中溶洞随时间不断扩大演化过程中围岩的受力特点,对于岩溶顶板稳定性研究具有重要参考价值。     

桩基下岩溶顶板稳定性有限元阶段分析

为了研究桩基下伏溶洞顶板的稳定性以及破坏模式,利用有限元软件DIANA进行阶段分析,模拟地基土体在溶洞不断扩大过程中渐进塑性变形及位移场特性,并以无溶洞时地基极限承载力为标准设置5个不同桩端载荷等级,对比分析荷载等级和溶洞发育对于围岩稳定性的耦合影响,并总结出溶洞发育过程中顶板的破坏模式和机理。得出如下结论:溶洞发育和桩端荷载等级均存在临界安全值。在荷载等级较小时,溶洞对地基起主要影响作用,溶洞不断发育使塑性应变沿桩基下方斜向下不断扩展。当荷载等级较大时,相同发育阶段溶洞顶板塑性应变显著增大,即使溶洞发育处于安全阶段,也可能使临界安全阶段提前,发生破坏。数值模拟较好地反应实际中溶洞随时间不断扩大演化过程中围岩的受力特点,对于岩溶顶板稳定性研究具有重要参考价值。     

桩端荷载与地震耦合作用下溶洞顶板的破坏特征及安全厚度计算

桩基支撑于溶洞顶板的情况时有发生,研究地震作用下桩端溶洞顶板的稳定性具有重要意义。根据相似定理和分离相似设计方法,基于振动台模型试验对顶板厚度及溶洞直径变化下桩端顶板的动力响应特征进行了研究。结果表明,桩端溶洞顶板在地震作用下的破坏模式与顶板厚度及溶洞尺寸大小密切相关,一定顶板厚度情况下溶洞尺寸较小时(洞径l≤2d,d为桩径)表现为剪切破坏,而洞径较大时(如l≥4d)为显著的冲剪破坏,洞径越大,冲切块体积所占比例越大;基于振动台试验得到的岩溶顶板破坏模式,结合拟静力法构建了可考虑岩体特性、地震烈度及桩径大小影响的最小顶板安全厚度理论计算模型。通过算例分析表明,最小安全厚度相比静力条件下要大,且随地震烈度的增强而增大,相同条件下冲-剪破坏的计算值均大于剪切破坏情况,说明地震环境下溶洞尺寸越大,所需顶板厚度越大。其成果可为实际工程中岩溶顶板安全厚度的计算提供理论基础。     

重复荷载作用下粉性路基土累积塑性变形研究

为研究不同含水率、压实度和应力水平下路基压实粉性路基土累积塑性变形影响因素与变化规律,开展了系列动三轴试验。根据累积塑性应变随加载次数的变化规律,获得了不同含水率、压实度下粉土的临界动应力。研究表明,粉性路基土临界动应力随压实度的提高而增大,随含水率的增大而减小。为避免路面结构的破坏,路基土应力状态应控制在临界应力界限范围内。鉴于此,针对路基土临界应力范围内的试验数据,建立了路基土累积塑性变形预估模型。该模型考虑了应力和加载次数的影响。回归分析表明,该模型具有较高的决定系数,即模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立为基于力学经验法的路基累积塑性变形计算提供了参数。最后以典型水泥混凝土路面为例,获得了不同轴载、轴型作用下粉土路基累积塑性变形,为进一步研究路基累积塑性变形对路面结构的影响提供了思路。     

桑掌沟煤矿采空区工程地质综合勘察及对公路路基影响的初步评价

通过对桑掌沟村办煤矿采空区进行的地质采矿调查、地球物理探测和钻探等勘察工作，查明了该矿采空区的地质与工程地质特征、采空区的分布范围及塌陷冒落特征等，依据这些综合勘察结果，认为路基下伏的采空区将会使地表继续变形，影响高速公路路基路面的正常使用和维修。建议在路面基底层下部加铺一层土工织物或用稀少注浆孔内注浆来加固地基，如能充填采空区则可彻底解决地表变形问题。     

某营运高速公路类土质边坡的稳定性分析及加固设计

某高速公路类土质边坡表层为坡积土,下伏强风化—弱风化泥页岩,公路营运巡检中发现该边坡出现变形破坏迹象。对该类土质边坡变形破坏发展过程、成因及稳定性进行分析研究,研究结果表明,该边坡破坏形式为浅层牵引式滑坡,分别利用有限元强度折减法和瑞典圆弧滑动面法对边坡的稳定性进行分析计算,计算结果显示,正常工况下和非正常工况I（暴雨）下边坡都处于不稳定状态,经综合分析结合稳定性计算,提出采用封闭坡表裂缝+预应力锚杆格梁+仰斜排水孔进行治理,加固后的监测数据验证了边坡的稳定性和治理方案的可靠性。研究成果可为类土质边坡滑坡灾害防治提供参考。     

热棒技术在国道214线共和-玉树高速公路宽幅冻土路基中应用的数值模拟研究

高速公路路基幅面宽度的成倍增加,沥青路面的吸热效应更为显著,工程对其下伏多年冻土的热影响更为显著. 热棒、热棒保温板复合结构等传统工程措施能否保护宽幅高速公路下冻土稳定是一个亟待回答的问题. 根据带相变热传导有限元方法,对共和-玉树高速普通路基、热棒路基和热棒保温板复合结构路基在未来全球变暖情形下的地温场特征进行了数值模拟分析. 结果表明：在年平均气温为-3.5℃或地表年平均温度为-1℃的多年冻土地区,普通路基和热棒路基在全球变暖条件下路基下伏冻土都将发生融化,宽幅公路路基将会产生显著融沉变形,不能保证宽幅公路路基20 a使用期内的稳定性. 热棒保温板复式结构显示了较好的冷却路基效果,在第20年路基下多年冻土人为上限高于原天然上限,路基下富冰冻土仍处于冻结状态,可以保证宽幅沥青公路在服务期内的热稳定性.     

软土路基“波浪型”不均匀沉降及其机制分析

在软土地基上修建道路,变形是控制道路质量和正常使用的主要因素。天津东疆港道路建立在经真空预压加固后的吹填土地基上,道路使用3 a后产生了严重的"波浪型"不均匀沉降,严重影响了车辆的行驶及人的生命安全。通过分析软土路基产生波浪变形的机制,提出了道路在建成后产生初始波浪变形,在车辆荷载作用下加剧了这种不均匀沉降的理念;建立了软土路基在波浪变形初值缺陷条件下的力学模型,通过力学分析与计算得出,在初始波浪变形条件下路基波谷受到比波峰大的车辆荷载;路基波峰与波谷处车辆动载大小的不同是加剧地基不均匀沉降变形的原因。提出利用土工格栅的加筋作用可减小不均匀沉降,通过有限元方法分析了该措施的加固效果。     

基于区间非概率可靠性方法的岩溶区桩基下溶洞顶板稳定性评价

岩溶区桩基下溶洞顶板稳定性影响因素取值的不确定性及其样本数量的有限性,给桩基下溶洞顶板稳定性的评价带来了一定困难。根据现有研究成果,建立桩基下溶洞顶板抗冲切、抗剪切和抗弯力学简化模型,并从理论上推导相应的稳定性验算公式。在此基础上,结合区间分析理论和结构非概率可靠性度量方法,提出了基于区间非概率可靠性方法的桩基下溶洞顶板稳定性评价方法。该方法采用MATLAB中的INTLAB工具箱进行区间运算,并运用截断法消除运算过程中的区间扩展现象,最后通过比较溶洞顶板体系的非概率可靠性指标η与1的大小来判断桩基下溶洞顶板稳定性。以丹霞高速互通中D匝道2#桩基下溶洞为例,计算出该桩基下溶洞顶板体系的非概率可靠性指标η=7.95,该值大于1说明该桩基下溶洞顶板处于稳定状态,且评价结果与工程实际相符,表明了该方法的合理性与可行性。分别以3种功能函数为单位,研究当区间变量的变异系数C不同时(C从0.01递增至0.1),对应非概率可靠性指标η的变化规律。研究表明,随各区间变量变异系数C的增大,相应非概率可靠性指标呈不同程度的降低,其中溶洞顶板厚度h的变异性对评价结果影响最大,其次为桩端阻力分担比T,桩顶反力F的影响相对最小。     

风化千枚岩填筑路基湿化变形现场试验分析

为了分析千枚岩填筑路基浸水后的稳定性,对十堰至天水高速公路安康东段路基的湿化变形及回弹模量进行现场测试。在对风化千枚岩填料物理力学性质分析的基础上,提出路基填筑方案：加州承载比CBR>3%的风化千枚岩填料直接填筑路基;CBR<3%的风化千枚岩填料外掺3%水泥改良后填筑路基。通过对现场试验路进行浸水前后的承载板测试,分析浸水量、浸水时间对湿化变形、变形率及路基回弹模量的影响;结合不同深度含水率的测试,分析了测试点含水率和渗水深度与湿化变形的相关性。研究结果表明：浸水量和浸水时间是影响路基渗透深度和含水率的关键因素,未改良路基湿化变形受浸水影响比改良路基要明显;浸水量和浸水时间都相同的情况下,未改良路基浸水后回弹模量衰减比改良路基大