岩溶顶板稳定性验算-论文.pdf

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1、岩溶顶板稳定性验算赵勇(安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽合肥230088)摘要：岩溶会降低岩体强度，给桥梁基础的安全稳定性造成很大的影响。文章以某高速公路工程及其地质条件为背景，选取溶洞顶板厚度最薄处桥梁基础，分别对顶板进行抗冲切、抗剪及抗弯承载力验算。关键词：溶洞；顶板厚度；稳定性；承载力中图分类号：TU457；TU473文献标识码：A文章编号：1673—5781(2o14)02一o231—03溶洞顶板的稳定性不仅与顶板厚度、岩石特性、表1溶洞尺寸及岩石特性岩溶裂隙发育程度有关，还与基础的尺寸、顶板跨度及洞内填充等因素密切相关l_】

2、]。在岩溶地区进行桥梁设计和施工时要特别考虑基础下方溶洞的影响l_3]，当基础下方有溶洞存在时，应该对溶洞顶板稳定性进2稳定性验算行验算。目前，关于溶洞顶板极限承载力和溶洞顶板稳定在上部结构荷载作用下，溶洞顶板可能发生冲切、剪切和受弯破坏口。本文考虑上部结构最大竖性的研究较多，分析方法不尽相同，文献[4]将溶洞顶向荷载作用，将溶洞简化为规则长方形空洞，不计溶板简化为梁、板压力拱等，借助结构力学方法进行分析和评价；文献[5—6]系统地分析研究了采空区上方洞内填充物有利的支撑作用，考虑最不利的情况，即假定基础直接作用在溶洞顶板，不考虑溶洞上方黏

3、土条形基础地基极限承载力，得出了不同条件下条形基层扩散荷载的作用Eu]，分别对顶板抗冲切、抗剪及抗础的极限承载力的确定方法和确定图表；文献[7]采用有限元方法对岩溶地区条形基础下溶洞顶板稳定弯承载力进行验算。2．1抗冲切验算性进行分析计算，得出溶洞跨度、顶板厚度不同时地基的极限承载力；文献[8—9]采用极限平衡分析理论，在基底垂直荷载作用下，岩层将形成一顶角为Or'的冲切锥台，抵抗锥台下冲的反力有作用锥台侧面对岩溶区桩端持力层岩层安全厚度的确定进行了深的岩层拉力(Q)及溶洞内填充物的顶拖力(Q2)，安入探讨。全考虑不计Q作用。1工程概况抗冲

4、切验算简图，如图1所示。某高速公路沿线2～4km范围内有溶洞出现，溶洞顶板为中风化石灰岩；在3km+811．5m处的溶洞顶板厚度最小，为2．6m，溶洞内填充软塑性黏土，其上覆盖有7．8m黏土；该处设计构造物为1～赠16m分离立交桥，上部结构为密肋式简支T梁，下部髓f＼结构为重力式台、扩大基础；其中，0号台位于溶洞上溶洞TQ2工方，基础埋深为2．4m，基础底宽为3．7m。现选取1Q为持力层(灰岩)的抗拉力2．Q2为下卧层的顶托力该位置对溶洞稳定性进行验算，溶洞尺寸及岩石特性3P为基底的蛏向荷载4．工为溶洞跨度5^为项板厚宽6曲冲切角见表1所列

5、。图1抗冲切验算简图收稿日期：2o140224；修改日期：2014—03—17作者简介：赵勇(1974一)，男，安徽东至人，安徽省交通规划设计研究院有限公司高级工程师《工程与建设》2o14年第28卷第2期231当抵抗力大于竖向荷载时，则溶洞顶板稳定为状态受力模式可用简支梁来表示。其中，L为溶洞跨KP≤Ql(1)度，b为基底宽；把基底荷载转化为均布线荷载施加其中，P为基底竖向荷载；Q为锥台侧面岩层拉力。到顶板上。沿桥横向取单位宽度进行计算，考虑要求基底承基础沿桥横向取单位宽度进行计算，取基底竖向载力不小于220kPa，现取基底竖向压应力为22

6、0kPa，压应力为220kPa。冲切角a取45。。考虑岩体自重，对于简化的简支梁，有锥台侧面岩层拉力为Q—wg—plhLgQ1—2h／cosa×Z×sina×一岩体自重转化为线荷载(2×2．6／cos45)1×sin45×0．97—5044．0kNnq0一一rZh一65kN／m基底竖向荷载为LP=blqn一3．7×1×220=814kN将基底荷载转化为线荷载则安全系数为P220×3．7×1q一百一—丁一==204kN／mK-_Q~=_6．8>2则弯矩为满足稳定条件，故溶洞顶板稳定。M一一q。z2一q(1z一0．15)(3)2．2抗剪切验算令

7、dM／clx=0，可得出最大弯矩截面位置为溶洞顶板在基底荷载作用下，也可能因抗剪强度q-+-qoL—q不足而产生剪切破坏，抗剪验算简图如图2所示。．，oz—q(1z一0．15)===0LLzz一一妻+十—T一一2．¨11mqTq0则在z一2．1lm处截面弯矩最大，最大弯矩为MT一一q。zz一q(．z一0．15)z一×4×2．11一丢×65X2．11。一1X204×图2抗剪验算简图(2．11__O．15)==：598．65kN·m不计溶洞内填充物的顶托作用，忽略剪切体的自顶板底最大拉应力为重，当抵抗力大于竖向荷载时，则溶洞顶板稳定为KP≤hl

8、r(2)一x／w一一基础沿桥横向取单位宽度进行计算，取基底竖向{1×262一===uo‘．53MPda＼<一一u0‘．97Ⅳuda压应力为220kPa，则安全系数为．(4)K≤r