岩溶区溶洞顶板稳定性评价研究现状

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1、岩溶区溶洞顶板稳定性评价研究现状溶洞顶板稳定性问题，是由国内科技人员在工程实践中提出的工程问题，目前对溶洞顶板稳定性研究，主要集中在理论评价方法的研究上，有关顶板稳定性研究的室内物理模型和现场工程研究不多，因此溶洞顶板稳定性研究还处于初步的阶段。近年来稳定性评价方法的研究取得较大进展[29一6，J，对岩溶溶稳定性的分析评价经历了从定性一半定量一定量的过程[66]。定性评价方法[29一30]适用于一般工程或工程的初勘阶段的溶洞顶板稳定性的分析评价，包括影响因素分析法、经验比拟法和专家系统评价法等。影响因素分析法是根据洞隙的各项

2、边界条件，包括岩性、厚度、裂隙状况、岩层产状、洞穴形态及埋藏条件、地下水等条件。经验比拟法根据评价对象的工程地质条件，与条件相似的已有成功或失败工程实例进行类比评价。专家打分法是利用己有的反映岩溶问题的工程实录，建立集岩溶工程地质评价、物探测试方法、不同岩性物理力学指标、地基稳定性评价和岩溶地基处理方法于一身的智能专家系统，通过初步勘查、简单的测试参数，利用专家分析系统对岩溶工程地质及地基稳定性做出快速定性评价。排除法是在众多岩溶形态条件及其对工程不同影响群体中，从既定的工程使用要求出发，划出一些经验公认的对工程属安全或不安

3、全的两个极端的若干范围与条件，以作为工程评价的依据。而在这两个范围之外的情况，结合工程、洞体的具体条件进行单独研究与评价砰51。半定量的评价方法较为实用[29一，6]，并月.目前也在不断的探索和提高。半定量法包括抗弯验算、抗剪验算法、极限平衡法、以及利用顶板坍塌物填塞溶洞来估算溶洞完整顶板和不完整顶板的安全厚度。定量评价法是在取得详细的地质资料和岩土体准确的物理力学参数的情况下采用的评价方法[37一39]。由于勘查技术的进步和计算机数值仿真技术的进步，定量评价方法已在实际工程中得到运用。定量评价法因涉及岩土体力学参数和边界条

4、件甚多且不易确定，故一般先由假定条件建立相应的物理力学模型或数学模型，再进行分析计算，依据结果对溶洞顶板稳定性做出评价和判断。定量评价方法主要包括稳定系数法、普氏压力拱理论分析法、有限元数值分析法与应用统计等。(l)稳定系数法:假定洞穴顶板岩土体为松散破碎，在其上部四周形成圆锥形破坏面和柱状塌落体，由朗肯上压力理论，求得塌落岩土体整个高度范围的圆柱体侧表面摩擦阻力。K为抗塌力和致塌力之比，当K)1.5时，岩溶地基稳定:当K延1时，岩溶地基不稳定。该方法主要考虑的因素有岩土体的容重、均布外荷载、土柱横截面直径、土柱高度。(2)

5、普氏压力拱理论分析法:适用于上覆岩土层厚度h>(2.0一2.5)hl的深埋洞体，在岩土体中可以形成自然平衡拱(压力拱、塌落拱)，压力拱高h，与洞跨度2b和洞高h0以及土层内摩擦角及坚固系数f有关。(3)模糊数学分析方法岩溶顶板的稳定性影响因素众多，影响程度也不尽相同，相互之间又存在一定的关联，因此溶洞顶板的稳定性评价是一项复杂的系统工程问题。由于各影响因素具有一定的关联性，影响程度的描述也具有模糊性等，很难通过确定性的方法评价岩溶顶板的稳定性，因此适合该特点的非确定性分析方法即模糊数学方法是溶洞顶板稳定性分析的有效方法。袁腾

6、方[65]等对高速公路路基岩溶顶板稳定性评价的特点，弓!进模糊数学理论，采用多级模糊评判理论一与系统层次分析方法，建立了高速公路路基下伏岩溶顶板稳定性的二级模糊综合评判模型，为高速公路岩溶区路基稳定性的评价开辟了新的途径。赵明华，程哗，曹文贵[63]基于模糊集理论，结合湖南省某跨渠桥桩基工程地质勘察资料，建立了桥梁基桩桩端溶洞顶板稳定性的模糊二级综合评判模型与模糊极限平衡分析模型，并分别解决了相应的模糊分析参数构造与评价方法问题，最后分别应用于某一实际工程，分析结论基本相同且与实际情况符合(4)有限元分析法有限元法是一种较为

7、成熟的数值方法，它几乎适用于所有的计算领域，具有适用性强、处理非均质、非线性、复杂边界问题方便等突出优点。有限元法假定溶洞周围及顶板的岩体为均匀连续介质，不考虑节理裂隙的影响。目前，有限元法已广泛应用于地基基础工程、地下工程等领域，是分析岩土工程问题最有效的方法之一。黎斌，范秋雁，秦凤荣[48]采用三维有限单元法对桩基础下的溶洞顶板进行应力分析计算，并采用多元线性回归的方法求得桩底到溶洞顶部距离临界值与溶洞大小和单桩设计荷载之间的关系式。汪稳，孟庆山，石祥锋[49]等以某大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件为基础，在岩土自重和桩

8、基的外附荷载作用下，利用三维有限元定量计算手段，对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行了综合评价。丁春林[55]等对机场跑道下岩溶土洞的顶板稳定性，在飞机重力荷载下，采用弹塑性有限元理论进行了分析。廖春芳，彭衡和等[60]在深入分析岩溶及采空区岩层顶板安全厚度影响因素，及岩溶岩层顶板安全厚度传