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《岩溶区土洞地基稳定性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、·24·水文地质工程地质2003年第3期岩溶区土洞地基稳定性分析1,21,222刘之葵,梁金城,朱寿增,谭景和(11中南大学资源环境与建筑工程学院,长沙410083;21桂林工学院,桂林541004)摘要:地下水产生的潜蚀作用和崩解作用,对地基中土洞发育乃至破坏失稳有重要的影响。根据弹性理论及相关分析,可以获得地基中土洞周边土体的应力状态,再利用莫尔-库仑屈服准则,对其进行安全稳定性判别。结合工程实例计算,发现地下水位变化将导致土洞周边土体应力状态发生明显改变,并有可能导致土洞地基破坏失稳。关键词:土洞;地基稳定性;次生应力中图分类号:P6421254文献标识码:A文章编号:10002366
2、5(2003)0320024205我国的岩溶地区分布广泛,约占国土面积的1P3。土洞是岩溶区土层地基中常见的一种岩溶作用产物,它的破坏塌陷将影响地基的稳定性。目前,对土洞地基稳定性的评价,定性评价较多,定量评价较少。定量[1]评价的方法主要有:①根据土洞坍塌的稳定条件进行预测,但由于计算边界条件的影响,有时其计算结果误差较大;②根据试验资料或塌陷因素进行预测,但需要较多的试验资料,较繁琐,实践中用得较少。另外,这两种定量方法中,地下水位变化对土洞稳定性的影图1图形土洞周围土体的应力响考虑较少,而地下水升降又是土洞地基失稳最主要Fig.1Stressdistributionintheround
3、ofsoilcave的影响因素之一。根据桂林岩溶地区的统计,有一半2241a14a3aσr=(p+q)1-2+(q-p)1-2+4cos2θ以上的土洞塌陷失稳与地下水位变化有关。地下水对2r2rr24岩溶地基土层产生的潜蚀作用和崩解作用,也是土洞1a13aσθ=(p+q)1+2-(q-p)1+4cos2θ发育或塌陷的重要影响因素[2,3]。本文主要从弹性理2r2r24论出发,分析地基中土洞的应力状态,通过计算来评价τ12a3aθr=(p-q)1+2-4sin2θ2rr土洞地基的稳定性。(1)1土洞地基弹性理论应力分析式中:σr———土洞周围土体中的径向应力;111土洞中产生的次生应力σθ——
4、—土洞周围土体中的切向应力;设距地面以下h处有一半径为a的圆形土洞(hτθr———土洞周围土体中的剪切应力;>6a)。设地基土层是均质的、各向同性的弹性体,为p———作用在土体上的垂直应力;此,可把在地基中的土洞周围土体应力分布问题视作q———作用在土体上的水平应力;一个双向受压无限板孔的应力分布问题(图1),采用θ———与水平轴的夹角。极坐标来求解土洞周围土体应力。此问题在弹性理论在土洞周边r=a处,圆形断面土洞周边上的应中已有现成的平面问题的齐尔西解,其求解应力的公力,根据(1)式,可得:式为:σθ=p(1+2cos2θ)+q(1-2cos2θ)σr=0(2)τθr=0收稿日期:2002
5、211209;修订日期:2003201213作者简介:刘之葵(19682),男,博士生,主要从事岩土工程及地即在土洞周边处,切向应力σθ最大,径向应力σr质灾害治理的教学和科研工作。=0,剪应力τθr=0。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2003年第3期水文地质工程地质·25·22112齐尔西解答在土洞地基中的运用aaσr=p1-21-2齐尔西解答是弹性力学中关于“圆孔孔边应力集rb[4]a2a2(3)中”的经典解,它设有一矩形薄板,在离开
6、边界较远σθ=p1+21-2rb处有半径为a的小圆孔,四边受均布拉力p,如图2。τθr=τθr=0通过弹性力学分析,原来的问题变换为一个新问题:内由(3)式可看出,薄板内径向应力σr和切向应力半径为a,而外半径为b的圆环或圆筒,在外边界上受均布拉力p,并得到薄板的应力为:σθ都随径向距离r及薄板尺寸参数b而变化,其变化结果及趋势见表1。由表1可看出,r越大,σr、σθ越趋向于作用在土体上的原始应力p。当b=6a及r=6a时,σr=p,σθ=1106p,与原始应力误差仅为6%;当b>>a,r=6a时,σr=0197p,σθ=1103p,与原始应力误差仅为3%。从工程角度上来说,可满足要求。故可
7、认为其影响半径为R=6a,即在弹性体中,对存在一孔洞,圆孔周边产生应力集中的影响区域为6a半径范围,其余图2矩形薄板受力分析Fig.2Analysisofstressinrectanglethinboard范围可不考虑其影响,仍可按弹性体考虑其应力状态。表1不同边界条件下矩形薄板的应力分布Table1Stressdistributionofrectanglethinboardindifferentbounda
