基于桥基荷载作用下的溶洞顶板稳定性分析——以深圳地铁为例

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论11研究意义11．1背景岩溶主要是指，地表水和地下水对可溶性岩石(如硫酸盐岩、碳酸盐岩和卤化物岩等)的溶蚀作用及其所产生的地貌现象和水文地质现象，国际上通称喀斯特(karst)[1月。岩溶作用是指，由可溶性的石灰岩等碳酸盐岩受到地表水和地下水的溶蚀作用，从而形成一系列的特殊岩溶地貌。地表的岩溶地貌主要以溶蚀洼地、干谷、溶沟、石芽、漏斗、落水洞、盲谷、竖井、孤峰和峰林等形式存在，地下溶蚀地貌主要为暗河和溶洞。根据可溶岩分布统计，地球表面岩溶面积约占地球陆地总面积的1

2、5％左右，全球陆地上岩溶分布的总面积约有5000万加2。在许多国家都有岩溶分布区域，美国岩溶面积占本国陆地面积的15％吵亚洲以中国、马来西亚、日本、越南、黎巴嫩和土耳其等田最具代表性，足见岩溶在地球表面分布范围之广和面积之大。我国是碳酸岩岩溶为主的国家，是世界上岩溶发育最为广泛的国家之一，岩溶面积之大，分布之广，类型之多，为世界其他国家所不及，温带岩溶、亚热带岩溶和热带岩溶在我国都有分布【4“。在我国辽阔的疆土内．分布着太片碳酸盐岩地层，总面积达346万椭2，占国土面积1／3，其中9l万拥2的碳酸盐岩裸露于地

3、表，占我国国土面积的97％，主要分布在南方的云南、贵州、广西、四川、湖南、湖北和广东一带，以及北方的山西、山东、河南、河北一带。棠圈卜1中国碳酸盐岩类型分布圈西南交通大学硕士研究生学位论文第2页岩溶溶洞是地下水在流动过程中，对岩石以溶蚀作用为主，伴随冲蚀、潜蚀和塌陷作用而造成的地下洞穴。对于平缓地形，地表水易下渗，溶洞较发育。影响岩溶发育的因素很复杂，溶洞的规模相差悬殊，形状千变万化，断面形态很不规则，这是因为受到当地地质构造的影响与洞内坍塌作用所引起的”】。多分布于裂腺密集交叉带和可溶性石灰岩地区的断层带，

4、沿断裂带发育的溶洞较多，规模也较大，并且在溶洞中经常有暗河。由于溶洞的存在，使得基岩的承载力学行为不同于半无限介质，基岩的完整性受到破坏，承载力大大下降。在振动作用或附加荷载下，溶洞顶板破坏，使地基下沉，致使建筑物损坏，造成重大的损失，危害很大。同时岩溶的发育给工程建设带来了一定的不确定性。岩溶问题与许多工程有关，如公路和铁路工程、桥梁工程、水利水电工程、工业与民用建筑工程、旅游资源的综合开发、地质灾害的防治与环境保护等等。岩溶区修建隧道、地下洞库和开采矿产，一旦揭穿高压岩溶管道水，就会造成大量突水突泥，给施

5、工带来严重困难，甚至造成机毁人亡．在水利水电建设中，若太坝位址选择不当，岩溶洞穴导致水库渗漏，会影响水库的效益和正常使用：地下洞室施工中遇到巨大溶洞时，会导致施工困难，造价昂贵，不得不更改施工方案。延误工期：在覆盖型岩溶区，土洞的发育及地表塌陷对农田和各种建筑物造成严重破坏。国塞鬻≯图卜2中国岩溶洞穴分布类型桩基是一种历史悠久的古老基础型式，能适应多种地质条件、多种工程条件和荷载情况，被广泛采用。由于岩溶区的地质情况比较复杂，而桩基适应性又非常强这一特点，桩基在岩溶区被广泛应用。随着岩溶区桩基础应用的普及，桩

6、基础的许多问题西南交通大学硕士研究生学位论文第3页mm___mmmm___越来越突出。传统的桩基处理方法是将桩基穿过岩溶区，作用在岩溶下面的基岩层上，这样可以确保基础的稳定以及减少受岩溶的影响[．71。但是有些地区岩溶发育严重导致成桩困难【8】，或者是一些技术经济原因，导致无法将桩基穿越岩溶区，此时就需要将桩基作用在岩溶项板之上。由于岩溶发育，导致基岩表面溶槽溶沟起伏不平，形成临空面，岩体内溶洞发育，岩溶地下水向桩孔内和基坑大量涌水突泥，造成场地和周围地面塌陷。在岩溶地区采用桩基础时，在地质勘察、设计到施工过

7、程中，由于存在一些尚未解决好的技术问题，致使基础不牢固，给建筑物带来不安全因素，或设计过于保守，造成巨大浪费。因此，受溶洞影响的桩基础问题成为人们比较关注的问题。评价受溶洞影响的桩基础问题，实际上是评价溶洞顶板稳定性问题，为了能做到既经济合理，又稳妥可靠，对桩基附加应力影响范围内的溶洞，要根据项板形状、洞体大小及岩体的结构特征进行顶板稳定性分析。1．1．2研究意义我国是主要以碳酸岩型岩溶为主的国家，溶洞多发育在碳酸岩中，同时碳酸岩一般具有较高的强度，属于硬岩类，是桥基的良好持力层。但由于碳酸岩中的岩溶洞穴和裂

8、隙的存在，其中完全为空洞或者可能有充填物，岩溶洞、隙、沟、槽等岩溶形态和都是岩溶范畴内的不良地质现象，由其所构成的地基常常引起地基承载力不足、地基滑动、不均匀沉降和塌陷等地质灾害。特别是由溶洞给道路、桥梁工程等带来的重大地质灾害更是屡见不鲜。岩溶地面塌陷，国家标准中解释为“在岩溶地区，由于下部洞穴扩大而导致顶板岩体塌陷，或上覆土层中的土洞顶板因自然或人为因素失去平衡产生下沉或塌陷的通称，，【91。这