（地质工程专业论文）昆明小哨机场航站楼区岩溶发育特征及地基稳定性评价.pdf

摘要 昆明小哨机场航站楼区岩溶发育特征 及地基稳定性评价 作者简介：付博，男，1 9 8 0 年l0 月出生，2 0 0 5 年9 月师从于成都理工大学严 明教授、黄润秋教授，于2 0 0 8 年6 月获硕士学位。 摘要 岩溶问题一直是困扰工程建设的大问题，对工程地基稳定性有着重大影响， 因此查清岩溶发育规律，寻求行之有效的治理方法具有重大意义。本文以昆明小 哨机场航站楼地下溶洞为研究对象，以现场调查、勘察地质资料为基础，以岩溶 场地岩溶发育特征及地基稳定性分析为核心，运用定性、半定量及数值模拟的方 法分析得出了研究区岩溶地基在桩基荷载作用下的稳定性状况，并对桩下溶洞的 处理措施提出建议。主要内容及认识如下： 1 、研究区地表岩溶以石芽、溶沟、溶槽、岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞及 溶蚀槽谷等形式出现，而地下岩溶则以隐伏石芽、溶沟、溶孔、溶缝及溶洞等为 表现形式。岩溶洼地、漏斗等地表岩溶的发育具有其自身的特征，表现为地层界 线，构造线附近岩溶较其它部位明显发育，d 。z 白云岩地层较其余灰岩地层反而 更为发育。研究区地下溶洞主要为管隙式及洞穴型两种形式，管隙式溶洞发育相 对于洞穴型溶洞发育要集中一些，但总体来说2 0 7 0 2 0 7 5 m 高程范围为地下溶洞 发育的优势层位。地下溶洞在平面分布上表现为断层及褶皱核部等部位，地下溶 洞发育强烈，且多呈大洞径溶洞产出，顶板岩芯r q d 值偏低，而顶板厚度则相对 要薄。 2 、研究区岩溶的发育受多种因素影响和制约。表现为地层岩性及产状控制 岩溶的发育程度，表现为以f 。断层为界，北东侧白云岩地层岩溶现象明显，而 南西侧灰岩地层岩溶发育反而较弱；地质构造影响岩溶的发育趋势，地表及地下 岩溶表现为沿构造线极为发育，且具有一定的方向性，岩溶洼地、岩溶漏斗长轴 方向与构造线走向基本一致，地下溶洞也具有沿构造线走向集中发育的特点；地 下水影响岩溶的发育强度，表现为在地表水容易集中汇集地段，地表及地下岩溶 都十分发育；地形地貌影响岩溶的发育范围，在地形陡峻的横山一带，岩溶多以 表层形态出现，在地势相对平缓的地段，岩溶地表及地下形态均较发育，而在地 势低洼的槽谷地段，岩溶则十分发育，且岩溶洼地地表形态规模较大。 3 、研究区岩溶塌陷的形成主要是土层潜蚀致塌及溶洞顶板破坏致塌两种机 理作用的结果。同时多种原因又造成了研究区塌陷发育的不均一性，表现为以断 层f 。为界，北东侧以洼地、漏斗为表现形式的岩溶塌陷十分发育；南西侧所见 摘要 的岩溶塌陷数量确很少，但规模较大。 4 、岩溶地基稳定性影响因素很多，包括节理裂隙、岩石强度及岩层产状、 溶洞形态及埋藏情况、外加荷载形式及大小、地下水及洞内充填物等等。而各影 响因素对地基稳定性影响程度确各有差异，作者选取其中影响最大的岩体强度、 顶板厚度、溶洞形态及洞径4 个因素建立定性评价体系，而后对研究区揭示溶洞 进行了稳定性定性评价，其结果和后面的半定量评价具有很好的一致性，表明定 性评价体系具有很好的实用性及可信度。 5 、在将研究区溶洞失稳模式概化的基础上，运用包括抗剪切破坏、抗冲切 破坏、抗弯破坏及局部稳定性破坏等几种力学半定量计算方法对研究区钻孔揭露 溶洞进行了评价，得出了研究区溶洞在桩基荷载作用下的稳定性状况。分析表明 研究区溶洞在桩荷载作用下顶板稳定性整体状况较好，钻孔揭露1 1 8 个溶洞在桩 基荷载作用下，处于稳定状态的有7 9 个，占总数的6 7 。 6 、用数值模拟的方法对研究区典型溶洞稳定性进行了模拟，得出的结果和 定性及半定量评价的结果具有较好的一致性，说明了半定量得出的结论具有很好 的指导性。另外，本文还用数值方法对典型溶洞处理的情况进行了模拟，取得了 很好的效果，为研究溶洞的处理提供了很好的参考价值。 7 、对研究区岩溶塌陷及存在稳定性问题的溶洞提出了处理对策，对塌陷的 处理，在做好排水的基础上采用回填，强夯及灌浆相结合的手段进行处理：对洞 穴型溶洞建议采用混凝土充填溶洞的方式处理，而对于管隙式延伸较深的溶洞则 建议采用钢筋混凝土盖板跨越的方法处理。 关键词：岩溶发育特征岩溶顶板稳定性治理 a b s t r a 【c t k a r s tg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c sa n df o u n d a t i o n s t a b i l i t y e v a l u a t i o no fk u m i n gx i a os a o a i r p o r tp l a t f o r m i m r o d u c t i o no ft h ea u 曲o r ：f ub o ，m a l e ，w a sb o mi i lo c t 19 8 0 ，w h o s et u t o rw a s p r o f e s s o ry a nm i n g ，p r o f e s s o rh 啪gr u n q i us i n c es e p t2 0 0 5 h eg r a d u a t e d 行o m c h e n g d uu m v e r s 时o ft e c l l i l o l o g ya 1 1 dw i l lg e tm a s t e rd e g r e ei nj u l l e2 0 0 8 a b s t r a c t k a r s ti sab i gi s s u ew m c h h a l s 伊e a ti n n u e n c et 0f o 吼d a t i o ns 切b i l i t ya n dt r o u b l e s p r o j e c tc o n s t 九j c ta l la l o n g t h e r e f o r e ，“h a sg r e a ts i 鲥f i c a n c et ok n o w 吐i ek a r s t d e v e l o p m e n tl a wa n dt of i n de 伍c i e n tp r o c e s s m gm e t h o dt od e a lw i t hi t 7 1 1 1 i sp a p e r p r e s e n t st l l es t a t u so ft h ek a r s tb a s eo fk 岫m i l l g ) ( i a o s a oa i r p o r tp l a t f o mi i lt i l e c o n d i t i o no fc o n s 仃u c t i o nf 0 u 1 1 d a t i o nl o a da b o v e ，a n dh a si t so ，1 1 s u g g e s t i o n sa i l d m e a s u r e st 0t 1 1 ek a r s tc a v ew h i c hi sb e l o wt h ef o u n d a t i o n t h ep r e s e n t a t i o ns t a t e s 州n 1 t l l er e s e a r c ho b j e c to fk a r s tc a v eu n d e rk u r 】m i n gx i a o s a o 娜o r tp l a t f o m ，t l l i 0 u 幽 s t r i c ts i t ei n v e s t i g a t i o na n da c c o r d i n gt o 廿1 er e c o n n a i s s a l l c ei o 肋a t i o na sl o n ga st h e k e yi s s u ea b o u t 戗l ek a r s tg r o 叭hc h a r a c t e n s t i c so fk a r s tc a v ea n dt h ea n a l y s i so f f o m l d a t i o ns t a b i l i 够a n a l y s i sm e t h o do fq 砌i t a t i v ea n ds e r n j q 啦m t i t i v e 雒w e ua s v i n l j a ln 啪e r a la n a l y s i sm e m o d 、v e r eu s e d f o l l o w sa r et h em a i o rc o n t e ma n d s u g g e s t i o n s 1 t h ek a r s ts t a ：t u so ns u i - f l a c ea r e 嬲f o l l o 、v si 1 1r e s e a r c hd i s 包r i c t ：c l i n t ，瓯k e ， d i s s o l v e d 伊0 0 v e ，k a r s td e p r e s s i o 玛d o l i n e ，s i i l l ( h o l e ，a n dd i s s o l v e dv a l l e y ，w m l em e k a r s t 伊o w t l lu 1 1 d e re a r 吐la r el i k et l l e s es t a _ t u s ：c o n c e a l e dd i s t r i c t ，西k e ，d i s s o l u t i o n p o r e ，d i s s o l v e df i s s u r e ，a n dk a r s tc a v ee t c t h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fk a r s t b i l l a b o n ga n dk a r s tf l l l e rh a v et h e i ro w nc h a r a c t e r s ，w h i c h 掣o w ss t r o n g e ri ne a n h l a y e rb o 眦l d a d r 锄dl a y e rs t r u c t u r el i r l e f 删l e m o r e ，d 3 zw b i t ec l o u dr o c kl a v e r g r o 、ss 臼o n g e r 也a i lt h o s ei nl i x i v i a ll a y e r t h ek a r s tc a v eu i l d e rr e s e a r c ha r e a sm a i m v h a u st 、) s t ) r l e s ：c h a n n e l l 依es t ) r l ea n dc a v es t ) ，l e ，、) l ，：1 1 i l ec h 锄e 1 1 i k es t ) r l eg r o w sm o r e c o n c e n t r a t et h a l lc a v es t ) ，l e 1 1 1an u ts h e l l ，也em o s ta d v a i l t a g e da r e a so fk a r s tg r o w t l l l o ca _ t e di n2 0 7 0 - 2 0 7 5 m t l l eu i l d e re a j l hk a r s tc a v e 蓼o w ss t r o n g e ri nb r o k e nl a y e ra i l d d r a p ec e n t e rw l 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1 1 2 。特别是广大西南地区如贵州、云南、广西、四川、西藏 等均大面积出露h 1 。以贵州为中心的滇黔桂川渝藏地区，岩溶面积约1 7 6 1 万k m 2 ， 占全国岩溶面积的5 1 1 。其具有分布广泛且集中，厚度大、时代老、类型繁多 等特点，为多样性岩溶发育提供了物质基础h 1 。 为促进我国西部经济发展，以及开发西部资源需要，我国西部大开发战略已 付诸实施多年。随着西部大开发的深入，对交通的需求会越来越大，国家也加大 了这方面的建设和投资，其中机场建设表现得十分突出。机场建设对于促进经贸 交流、旅游、商业的发展具有举足轻重的作用，属国家重大工程。其建设包括场 道、供油、排水和建筑工程等。机场的特点是场地面积大、分布广，跨越的地质 单元多，涉及的工程地质问题多。 图1 1昆明新机场规划效果图 成都理工大学硕士学位论文 昆明小哨机场为大型枢纽机场，是实施中国面向东南亚国际大通道的重要项 目，对推进中国一东盟自由贸易区建设及大湄公河流域经济合作，起到重要作用。 工程位于昆明东北部浑水塘，隶属于昆明市官渡区大板桥镇，距昆明市区直线距 离2 4 5 k m ，占地面积约2 6 2 6 k m 2 。机场分两期建设，本期规划建设东、西两条 平行跑道，跑道轴线方向n 3 8 。e ，建设规模按波音b 7 4 7 和空客a 3 4 0 型机种要 求，机场等级为4 e ；远期规划建设东、西四条平行跑道，等级为4 f ，图卜1 为 昆明新机场规划效果图。航站楼位于机场区中部，南北长约8 5 0 m ，东西宽约 1 1 2 0 m ，主楼地下一三层，地上三层，层高6 m ，主体结构为钢筋混凝土框架结 构，屋顶为钢结构。建筑面积( 一期) 约3 6 万m 2 ，基本柱网1 2 m x1 2 m ，支撑屋顶 钢结构柱距约2 4 2 6 m ，其基础形式为桩基。 场区工程地质条件及水文地质条件复杂，大部分区域为岩溶区，溶洞、岩溶 漏斗、落水洞、暗河等各种不良地质现象发育，对地基稳定性影响极大；另外， 航站楼单桩荷载巨大，最大单柱荷载接近4 0 0 0 0 k n ，如此荷载作用下溶洞顶板稳 定性问题势必得重点考虑。 由此可见昆明新机场建设将面临许多亟待解决的问题。因此，加强对区内工 程地质条件的研究，寻求科学、合理、有效的评价及防治措施，具有重要的现实 意义。鉴于此，在导师的指导下，笔者选取“昆明小哨机场航站楼区岩溶发育特 征及地基稳定性评价 作为题目进行硕士论文撰写，以现场调查、勘察地质资料 为基础，以岩溶场地岩溶发育特征及地基稳定性分析为核心，得出场区岩溶地基 在桩基荷载作用下的稳定状况，并对桩下溶洞的处理措施提出建议，以期对工程 的建设有一定的指导作用。 1 2 国内外研究现状 岩溶和岩溶塌陷作为昆明小哨机场地基稳定性地质不稳定因素，其发育特征 和工程稳定性影响的深入研究意义重大。其发育受许多因素控制影响，具有很强 的规律性，为了对其深入研究，我们先来了解一下国内外的研究现状。 1 2 1 岩溶塌陷研究现状 1 2 1 1 定义 在国家标准中对岩溶塌陷的定义为“在我国岩溶区，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。而铁道部则从岩溶地面塌陷的基本条件、形成机制、作用与效 果出发提出“开口岩溶洞隙与上覆土层中的水、气对盖层发生的力学效应，导致 的地面塌落”1 的定义。但也有定义认为岩溶塌陷主要是指岩溶化岩层上部土洞 2 第1 章前言 顶板的塌落口1 。贺可强等认为岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生得一种地面 变形和破坏的灾害，它是指岩溶洞隙上方的岩、土体在自然或人为因素作用下引 起变形破坏，并在地面形成塌陷坑( 洞) 的一种岩溶动力地质作用与现象，可分为 基岩塌陷和上覆土层塌陷呻1 。而程星等认为岩溶地面塌陷是由于岩溶发育到一定 阶段，由近地表的岩溶空隙引起的地面失稳，可分为自然塌陷和人为塌陷旧1 。按 照国家标准解释，从工程的角度看，岩溶塌陷其实质是溶洞顶板失稳问题。 1 2 1 2 研究现状 早在1 6 3 7 年，徐霞客就对岩溶塌陷进行了著述，而将其作为一种地质问题 则始于1 9 7 3 年。1 9 8 3 岩溶塌陷被桂林岩溶所作为正式研究课题；9 1 年云南地矿 局将云南省重点城市的岩溶塌陷列为研究课题；9 7 年我国首次举行“地面塌陷 及其对工程建设的影响与防治 学术会议。我国对岩溶地面的塌陷研究，正在向 纵深方向发展。 岩溶塌陷的研究大体可分为三个阶段哺1 驯：上世纪5 0 年代以前，岩溶塌陷是 作为岩溶地表形态和岩溶地貌发育、演化的一种地质作用，纳入岩溶学的研究范 畴。这一时期的研究偏重于地貌水文方面的研究；第二阶段是从上世纪5 0 年代 到7 0 年代中后期，随着各国经济建设的飞速发展，岩溶塌陷的出现越来越频繁， 特别是许多矿区疏干排水产生了大规模的塌陷和沉陷，造成巨大的损失，引起水 文地质工程界的注意和重视。这一时期的研究注重放在岩溶塌陷形成的地质和地 球化学条件、塌陷机理、塌陷区的划分和地下洞穴的探测、工程处理措施等。第 三阶段从上世纪7 0 年代后期到8 0 年代以来由于全球经济的快速发展和人口增加 对环境造成破坏，岩溶塌陷的发展更趋严重，已成为岩溶地区最普遍的地质灾害。 同时由于科学技术的飞速发展，一些先进技术方法，如遥感技术、层析成像技术、 地质雷达等被引入到岩溶塌陷研究中，使得此领域进入了一个新的发展阶段。 国外研究岩溶塌陷以原苏联研究最早、资料最多，美国和德国也较早进行了 研究。原苏联有关塌陷内容的论文最早可见于1 7 7 1 1 8 0 9 年的刊物上，其后有 苏潘1 9 1 4 年关于岩溶塌陷带来的环境变迁的描述。j e n n i n g s 对南非的金矿区、 f o o s e 对美国h e r s h y 谷地采石场、d r n e v i c h 对水库大坝u 、s t e i n e r u 却对州际公 路沿线的塌陷进行了研究，国际工程地质协会于1 9 7 3 在前西德汉诺威首次举行 了“岩溶塌陷与沉降一与可溶岩有关的工程地质问题 国际讨论会。b e n g t s s o n 、 m y l r o i e 、v e n i 等对塌陷机理和成因进行了研究，认为抽水和修筑构筑物可以引 起岩溶塌陷。v e n i n 3 3 把塌陷的形成分成四个阶段：开始阶段、导管形成阶段、累 积阶段、扩大阶段，并认为裂隙岩体的渗透对地下水的流速有影响，这种影响对 塌陷坑的大小、形状和分布起了一定的作用。n e w t o nj gu 钔研究了修筑建筑物 对塌陷的影响，他认为在岩溶区修建建筑物使用地下水，由于抽水导致了水位波 动，水位降低可以引起水流增加和水浮力减少，同时修建建筑物又增加附加荷载， 3 成都理工大学硕士学位论文 这样可使碳酸盐岩岩层上的非固结层发生塌陷。 在国内，从5 0 年代开始就对岩溶塌陷这一特殊现象给予了关注并开展了调 查研究工作。钱学溥n 鄙在1 9 6 0 年就发表了对山西高原喀斯特发育特征的文章， 提出柱状陷落构造，其成因与石膏溶蚀及喀斯特塌陷有关。1 9 6 6 年王锐曾论述 了岩溶塌陷的水文地质问题，同年项式均等还对湖南水口山铅锌矿区进行岩溶危 险性的分区。1 9 7 3 年以后，国内先后举办了十几次规模不等的专题讨论交流会， 取得了十分丰硕的成果。同期还进行了许多专题研究1 ，铁道部第二勘测设计院 1 9 8 5 年1 9 8 9 年以贵昆线为重点开展了“铁路沿线岩溶塌陷及防治 项目研究 工作，进行了现场多项实验，并在室内开展了土工模型试验，发现了压强差致塌 机制，深化了对岩溶地面塌陷的理论认识。1 9 8 3 1 9 8 9 年，地科院岩溶地质所 先后开展了“中国岩溶塌陷研究”、“长江流域岩溶塌陷研究 和“中国北方岩溶 塌陷研究”等项目，基本摸清了我国岩溶塌陷发育的现状和宏观分布规律，编制 出版了1 ：6 0 0 万中国岩溶塌陷分布图，指出了岩溶塌陷发育的多机制特性， 确定了我国岩溶塌陷基本类型，提出了岩溶塌陷的基本分类方案，并形成了地质 分析、力学分析和数理统计相结合的半定量预测评价分析方法，取得一定效果。 在岩溶塌陷的综合防治方面，我国许多部门开展了多项课题研究，提出了采 取地下水优化开采和工程处理措施相结合的的思路。勘测方法上包括地质雷达、 浅层地震以及电磁波c t 等方法在内的综合物探技术已趋成熟，并在岩溶塌陷的 研究中成功应用h “6 18 l 。治理方面，以广西桂林岩溶地区为试验成功范例，对塌 陷最有效和最简单的方法是灌浆，一般采用0 1 0 5 m p a 的压力进行渗透灌浆h 1 。 我国对岩溶塌陷预测评价的研究涉及到多种学科和多种方法，研究已趋向成 熟。陈天生n 们对山东地区岩溶塌陷进行了预测，万继涛、杨蕊英口伽对枣庄岩溶塌 陷风险进行预测和评估。陈学军乜等应用模糊数学原理，根据岩溶塌陷影响因素 覆盖层特征、岩溶发育程度、地质构造和地下水等及影响程度以及地表水和工程 活动的影响，建立模糊预测模型，并应用于实践中；陈星、黄润秋等乜列以土体强 度理论基础，建立了评价岩溶空腔上覆松散沉积物的稳定性力学平衡模型。万志 清运用突变理论与方法对岩溶塌陷进行预测，并建立相应的突变模型，取得了 良好的预测效果。雷明堂盟4 | 、石建省心5 1 、陈学军皿础等运用g 工s 的空间数据管理、 分析处理和建模技术，对潜在塌陷危险性进行了评价，取得了良好的效果。地矿 部岩溶所开发的“岩溶塌陷综合预测评价系统 ，可以进行岩溶塌陷各影响因素 的综合处理、建模、预测评价等工作，在唐山、湘潭两市的岩溶塌陷中成功应用。 胡瑞林等瞳刀引入风险性概念，确立了岩溶塌陷区域风险的影响因子和评价模型， 对唐山市岩溶塌陷划分出了3 个具有不同风险程度的区域，并对城市建设和灾害 防治提出了宏观建议。 由于我国岩溶塌陷分布区域较广，且在机场、铁路、水利等行业均发生频繁， 许多科研人员投入到对塌陷机理的研究工作，且取得了一定的成绩。徐卫国 4 第1 章前言 嫡3 ( 1 9 7 9 ) 提出真空吸蚀论；艾万钰、苏建三、曾昆甫码3 ( 1 9 8 2 ) 又提出气水压力作 用；康彦仁、项式均等哺1 ( 1 9 8 6 ) 通过对长江流域的调查，认为潜蚀、吸蚀、气爆 作用均是塌陷的机理。王建秀等窿踟针对几条铁路岩溶塌陷成因机理的分析，建立 了导水盖层的渗流场与应力场耦合、阻水盖层的强度弱化一压差场一失托增荷效 应、薄顶板溶洞岩体力学和路堑填土路基4 个宏观上的概念模型。贺可强等心町 根据普氏理论及极限平衡理论分别建立了内部塌陷阶段临界土洞的高度表达式 及地表塌陷阶段的渗压效应致塌力学模型，并用表达式及模型对枣庄市的岩溶塌 陷进行了验证分析与评价，分析结果与实际塌陷情况符合较好，建立的表达式与 模型基本上反映了该地区岩溶塌陷的形成机理。谢忠球等m 3 用解析法分析了抽水 作用下土洞扩展的条件，提出了剥落力的概念，认为土洞的向上扩展是剥落力大 于土体抗拉强度的结果。当抽水使地下水位下降时，剥落力增大从而导致岩溶塌 陷的产生。程星旧1 通过对不同地下水条件下岩溶塌陷机理的分析，提出了6 种岩 溶致塌地质概化模型，同时利用数值模拟对几种典型岩溶致塌机制进行验证，为 岩溶塌陷预测及评价提供了新方法。胡亚波等口订将岩溶地面塌陷坑的发育形态与 其形成机理相结合，借助室内大型物理模型试验研究和f l a c 3 0 数值模拟研究结果， 从分析砂层中扰动带和土洞发育及其破坏方式入手，通过对单一扰动带和土洞发 育形态的分类，以及扰动带和土洞之间相互干扰和联合的分析，综合提出了一种 复合型岩溶地面塌陷的形成机理。程跃辉等口2 1 采用相似模型试验与数值模拟分析 方法对岩溶地下暗河路基塌陷展开研究，通过底摩擦试验与有限元强度折减分析， 再现了地下岩溶暗河路基工程的破裂与失稳过程。 国外学者也进行了很多研究，a n 巴甫洛夫呻1 于1 8 9 8 年提出地下水溶滤 和冲击下垫层岩层的易溶部分而引起地表下沉，奠定了潜蚀论的基础；英国著名 的岩溶地貌学家s w e e t i n g 教授1 1 9 7 3 年曾提出管涌是岩溶塌陷的机制；1 9 8 5 年 t c 阿特金森( 英国) 提出三重介质模型；n e w t o n 根据美国东部人为诱发塌陷的 研究提出，人为塌陷分为两种：由水位降低引起的；由建筑物引起的。前一种包 括抽水和排水活动，其塌陷机理包括：浮托支撑力损失；地下水流速增大；水位 波动增大；水由地表流入基岩空隙。后一种包括兴建建筑物、蓄水和地表水改道 工程的有关活动，其塌陷机理包括：加荷、饱和、管涌。 我国学者认为：造成岩溶塌陷的机理有多种，绝大多数的塌陷是多种机理相 互作用的结果，而且塌陷从开始发育到最终形成，起主导作用的机理常有转化。 塌陷形成机理归纳为以下几种：潜蚀效应、真空吸蚀效应、压强差效应、重力致 塌效应、垂直渗压效应、土体强度效应、气爆效应、土壤液化效应、动力加荷效 应、浮力效应、荷载效应、根蚀致塌效应、溶蚀致塌效应等阳 。3 3 堋3 。 1 2 2 岩溶地基稳定性研究现状 岩溶地基稳定性问题主要就是溶洞顶板稳定性问题，它是由国内外科技人员 成都理工大学硕士学位论文 在工程实践中提出的工程问题，国外涉及到该问题的研究，提法和研究目的有所 差别。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，对岩溶洞穴地基 稳定性的分析评价经历了从定性一半定量一定量的过程口7 。4 钔。 在定性评价中，比拟法、排除法、专家系统评价法是常用的评价方法。比拟 法是根据评价对象的工程地质条件，寻求与之相类似的已有成功或失败经验的工 程实例进行类比评价；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；专家系统评价法是利用已 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 岩性岩石物理力学指标、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，通过初步勘察、简单的测试参数，利用专家分析系统对岩溶工程地质及地 基稳定性作出快速定性评价。半定量法主要包括顶板厚跨比法、利用顶板坍塌物 估算顶板安全厚度、结构力学近似分析法、散体理论分析法、试验测试法。定量 评价法主要包括稳定系数法、有限元数值分析法、相似模型试验法等。稳定系数 法就是计算基底以下浅埋洞体抗塌力和致塌力之间的地基稳定系数k ，当k 1 5 时，岩溶地基稳定；当k 1 时，岩溶地基不稳定；有限元数值分析法是应用弹 性力学有限元分析法，按地下工程平面问题，计算出洞体围岩的应力场及位移场， 对洞体的整体和局部稳定作出分析评价；相似模型试验法是指将复杂的洞穴稳定 问题通过“实际洞体一几何模型一力学模型一数学模型一计算方法一结论”的模 拟方法得出洞穴稳定性系数。 王建秀等h 钉用“盖层土体一薄顶板无充填溶洞力学系统”对覆盖型岩溶区薄 顶板无充填溶洞岩溶塌陷成因进行了解释，并分析了盖层土体与薄顶板溶洞之间 通过应力传递和质量传输的互动作用。黎斌等m 1 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。牟春梅h 7 3 采用结构力学分析 方法，研究了各影响因素对溶洞顶板稳定性的影响及变化规律，得出了各墩台溶 洞顶板在岩土自重及外荷载作用下的稳定情况。丁春林等h 3 3 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。钱国 玉、王靖涛m 1 对铁路路基下溶洞顶板稳定性问题，采用半定量的荷载传递线交汇 法、类比法和按梁板受力弯矩情况来计算溶洞顶板的安全厚度。刘之葵等h 们利用 弹性理论，推导了岩石地基中溶洞周围的应力状态，利用格里菲斯强度理论，对 含溶洞岩石地基的稳定性进行了定量计算判别。得出基础底面尺寸、溶洞顶板厚 度、溶洞跨度( 直径) 及溶洞的断面形状对地基稳定性的影响很大，而地下水产生 6 第1 章前言 的真