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原文传递桩基下伏串珠状溶洞顶板安全厚度确定方法

论文题名：	桩基下伏串珠状溶洞顶板安全厚度确定方法
关键词：	桥梁桩基;地球物理勘探;溶洞顶板;串珠状溶洞;塑性破坏区
摘要：	随着国民经济建设的高速发展，高速公路、铁路、市政工程等交通基础设施建设日益增加，不可避免地遇到含隐伏溶洞的岩溶发育地区。岩溶的存在显著影响桩基的承载性能，溶洞破坏了岩体的完整性，使其承载力学行为和一般的半无限介质情况下不同，岩溶地区“地层-桩基-溶洞”整体系统的荷载传递规律、破坏模式、承载特性等与常规嵌岩桩存在一定的差异，岩溶的发育极大限制了桩基的稳定性。本文依托南京城市三环路工程，采用现场测试、理论分析与数值模拟相结合的方法，对下伏串珠状溶洞的桥梁桩基稳定性进行研究。论文的主要研究内容和取得成果如下：　　（1）采用现场测试方法，通过高密度电阻率勘探、天然源微动勘探、地质钻孔勘探等勘探方法查明了依托工程区域岩溶分布情况与发育特征。结果表明：场区岩溶地质成因包括地层岩性、地质构造、水文地质条件、气候与洞内充填物等；高密度电阻率法与天然源微动法相结合更能有效查明岩溶分布；场区内串珠状溶洞分布广泛，以双层溶洞为主，溶洞高度以6m为主，顶板厚度均值为6m，溶洞竖向间距基本都为6m。　　（2）采用理论分析方法，对不同破坏模式下的溶洞顶板安全厚度计算公式进行合理推导，研究岩体质量对安全厚度的影响规律，并给出安全厚度合理取值范围。结果表明：岩体质量等级越高、顶板岩体越坚硬，安全厚度值越小；冲切破坏模式下，对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级岩体，顶板分别需要大于0.94、1.80、2.67、3.92倍桩径；剪切破坏模式下，对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级岩体，当桩径分别大于1.0m、1.1m、1.2m、1.3m时，3倍桩径的顶板厚度可以满足工程需要；弯拉破坏模式下，对于Ⅰ、Ⅱ级岩体，桩基直径为0.8m~1.5m时，3倍桩径的顶板厚度可以满足工程需要，而对于Ⅲ、Ⅳ级岩体，当桩径分别小于0.9m、1.1m时，需在规范要求上适当增大溶洞顶板的厚度才能保证工程的安全性。　　（3）采用数值模拟方法，针对串珠状溶洞的情况，建立“桩基-岩层-溶洞”整体模型，研究了不同参数对“桩基-岩层-溶洞”整体稳定性的影响规律。结果表明：沉降主要发生于桩基，竖向应力集中于桩身和桩端，土层应变主要产生于溶洞上方岩层，岩层塑性区主要发生于上层溶洞顶板，且由桩端和溶洞边缘产生，逐渐发展至贯通；当荷载增大到7000kN时，出现明显冲切破坏体并逐渐发展至贯通；当岩体质量等级降低到Ⅲ级时，出现明显冲切破坏体逐渐发展至贯通；塑性区随着厚跨比减小逐渐发展，当厚跨比小于0.6时，出现明显的冲切破坏体；距跨比对溶洞所处岩体塑性区影响较小。　　（4）结合现场工程实例，对本文溶洞顶板安全厚度确定方法的合理性进行验证，结果表明：规范中未考虑岩体质量的溶洞顶板厚度取值规定略有不足，在面对岩体质量较差的软弱岩体时，3倍桩径的顶板厚度规定值算无法满足顶板稳定性要求；而本文方法考虑了岩体质量等级的不同，能够更好地针对质量较差的软弱岩体，在安全厚度取值上更能保证顶板的稳定性。
作者：	顾博石
专业：	交通运输工程;岩土方向
导师：	章定文;杨泳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022