高填方土洞塌陷机制及FLAC模拟评价.pdf

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1、低温建筑技术2010年第1O期(总第148期)-__JC同填方土洞塌陷机制及FLAC模拟评价张超，刘宏，冀程哲，顾婷(贵州大学资源与环境工程学院。贵阳550003)【摘要】对土洞的形成及塌陷机制进行分析，根据土洞塌陷与不同地下水位、土洞规模的相关性影响。采用FLAC3D对土洞周边土体的位移及应力状态进行数值模拟，分析土洞塌陷发育过程，进而判断土洞塌陷的可能性并为地面塌陷预警预测提供理论支持。【关键词】土洞形成；塌陷机制；数值模拟【中图分类号1TU434【文献标识码1B【文章编号11001—6864(2010)lO一0080—0

2、2AⅡoRTmGHEMBANKMENTSOⅡCAVECOLLAPSEMCHANISMANDFLACS删LATIoNANDEVALUATIoNZHANGChao，LIUHong，JICheng·zhe，GUTing(CollegeofResourcesandEnvironmentEngineering，GuizhouUniv．，Guiyang550003，China)Abstract：Accordingtotherelativitybetweenearthcavecollapseandgroundwaterlevelandcav

3、edi—mension．cavetormationandcoHapsemechanismwereanalyzedinthisarticle．FLA3DsoftWaSadoptedtOsimulatethedisplacementandstressedstateofcave’speripheralsoilmass，hencethedevelopingprocessofsoilcavecollapsewasanalyzed．Furthermore，thepossibilityofcavecollapsewasdiagnosedan

4、dsurfacccollapsepredictionandprecautionwassupportedtheoretically．Keywords：earthcaveformation；collapsemechanism；numericalsimulation1土洞形成土洞因地下水或地表水流入地下土体内，将颗粒间可溶成分溶滤，带走细小颗粒，使土体被掏空形成的洞穴。当土洞发展到一定程度时，上部土层发生塌陷，破坏地表原来形态，危害建(构)筑物安全和使用。2土洞塌陷机理根据土洞出露位置可归纳为两类：土洞位于土层中及土图1潜蚀作用下土

5、洞塌陷分析简图洞位于基岩面附近。对于“填土+基岩”的情况，由于填土密实程度较高，土洞最有可能发生的位置往往为基岩面附近。对于基岩面附近的土洞，其形成过程大多为基岩面附近地下表1潜蚀作用下土洞塌陷模拟材料参数水活跃，土层中易于发生潜蚀，土洞不断扩大；当地下水位升模量泊橙比内聚力内摩擦角抗姻度髓y渗透系数I孔黻目降幅度较大时，土洞内的地下水更易于排出，与周边土层中地肱E／MPa“C．／MPa()／Wa／kN．m一／m2．(．e)一ln下水形成水位差，地下水向土洞渗流，一方面产生渗透压力，另一方面在土洞内可形成负压，当土洞较大，渗透

6、压力较大，或负压较高时，土层坍塌，进而引起地面塌陷。3土洞塌陷模拟及评价计算模型如图1所示。3．2计算过程：3．1计算方案：(1)土洞为1．Om×0．5m×0．5m时初始状态计算；土(I)填土厚度：1O、30、4oin。洞为1．OmxO．5m×0．5m时洞内地下水突然疏干。(2)洞径：初始土洞为1．Om×0．5mx0．5m，在潜蚀作(2)潜蚀作用下土洞扩大为(1．o+2dH)×(0．5+用下以dH的速率扩大。dH)×(0．5+dH)，洞内充满地下水后又突然疏干；土洞以(3)水位降：洞内的地下水突然疏干，水位变动高差dH的速率不

7、断扩大，重复上式，直至地表有明显位移发生。7m。计算参数见表1。按上述计算方案进行了7步(stepl～step7)模拟计算。张超等：高填方土洞塌陷机制及FLAC模拟评价813．3土洞塌陷判据岩溶土洞塌陷的直接表现是引起地面沉降。地面沉降O．0g>—0．2量小，不足以对地表建筑物构成危害时可以不考虑下部土占—0．4一O．6×一O．84洞的坍塌，但因下部土洞坍塌引起地面沉降量较大，且危及蛔—1．0地面建筑物的安全使用时，应对下部土洞坍塌进行处理，即世—1．2蜉—1．4p7可称之为岩溶土洞塌陷。针对机场工程飞行区道槽而言，一1．60

8、．20．40．60．81．01．21．4工后允许的沉降值一般为1O～15cm(各机场根据工程实际计算时步(×10)情况可能有所不同)；在工后沉降满足的条件下，还应考虑图6关键点的沉降时程曲线(H=10m)差异沉降的问题，飞行区道面的差异沉降一般要求不大于1．5％o。因此，本章