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节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析

刘自强 马洪生 牟云娟

刘自强,马洪生,牟云娟.节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析[J].中国岩溶,2022,41(1):100-110. doi: 10.11932/karst20220105
引用本文: 刘自强,马洪生,牟云娟.节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析[J].中国岩溶,2022,41(1):100-110. doi: 10.11932/karst20220105
LIU Ziqiang,MA Hongsheng,MOU Yunjuan.Numerical simulation analysis and evaluation of stability of the karst foundation with developed joints and fissures[J].Carsologica Sinica,2022,41(01):100-110. doi: 10.11932/karst20220105
Citation: LIU Ziqiang,MA Hongsheng,MOU Yunjuan.Numerical simulation analysis and evaluation of stability of the karst foundation with developed joints and fissures[J].Carsologica Sinica,2022,41(01):100-110. doi: 10.11932/karst20220105

节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析

doi: 10.11932/karst20220105
详细信息
    作者简介:

    刘自强(1977-),男,高级工程师,硕士,主要从事地质灾害调查及治理、公路岩土工程勘察设计工作。E-mail:2316731567@qq.com

  • 中图分类号: P642.25

Numerical simulation analysis and evaluation of stability of the karst foundation with developed joints and fissures

  • 摘要: 岩溶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。为了有效获取节理裂隙发育溶洞地基稳定性相关参数,本文以西南某机场节理裂隙发育溶洞地基为研究对象,结合现场勘查,定性分析岩溶影响因素及发育规律,通过ABAQUS非线性有限元数值模拟计算和定量分析,探讨外荷载下节理裂隙对岩溶地基的影响,评价岩溶地基稳定性状况。分析结果表明:溶洞塑性破坏主要发生在溶洞两侧和节理裂隙处拉应力较大的部位,溶洞顶板厚度大于5 m时是稳定的。数值模拟结论和定性分析结果具有很好的一致性,为后续溶洞地基处理设计提供有力数据支撑。

     

  • 图  1  场区三维地形地貌图

    Figure  1.  Three-dimensional topography map of the field area

    图  2  场区地层剖面示意图

    Figure  2.  Stratigraphic section of the field area

    图  3  研究区不同岩溶类型分布图

    Figure  3.  Distribution of funnel, fall-water hole, collapse, earth hole and stone bud in the field area

    图  4  场区岩溶地质分区图

    Figure  4.  Karst geologic zoning map of the field area

    图  5  场区四组节理立体示意图

    Figure  5.  Three-dimensional diagram of four joints in the field area

    图  6  不含节理裂隙网格后模型

    Figure  6.  Post-grid model without joints and cracks

    图  7  含节理裂隙实体模型

    Figure  7.  Solid model with joints and cracks

    图  8  3 000 kN下总体位移图(单位:mm)

    Figure  8.  Overall displacement map under 3,000 kN (unit: mm)

    图  9  3 000 kN下竖向位移剖面图(单位:mm)

    Figure  9.  Vertical displacement section under 3,000 kN (unit: mm)

    图  10  3 000 kN下竖向位移曲线图(单位:m)

    Figure  10.  Vertical displacement curve under 3,000 kN (unit: m)

    图  11  3 000 kN下X方向位移剖面图(单位:mm)

    Figure  11.  Displacement section in X direction under 3,000 kN (unit: mm)

    图  12  3 000 kN下Z方向位移剖面图(单位:mm)

    Figure  12.  Displacement section in Z direction under 3,000 kN (unit: mm)

    图  13  3 000 kN下最大主应力剖面图(单位:MPa)

    Figure  13.  Section of the maximum principal stress under 3,000 kN (unit: MPa)

    图  14  3 000 kN下最小主应力剖面图(单位:MPa)

    Figure  14.  Section of the minimum principal stress under 3 000,kN (unit: MPa)

    图  15  3 000 kN下竖向应力剖面图(单位:MPa)

    Figure  15.  Vertical stress section under 3,000 kN (unit: MPa)

    图  16  3 000 kN下屈服应力剖面图(单位:MPa)

    Figure  16.  Lower yield stress section under 3,000 kN (unit: MPa)

    表  1  岩土体物理力学参数

    Table  1.   Physical and mechanical parameters of rock and soil

    岩土体名称弹性模量/GPa泊松比密度/kNm-3内聚力/MPa内摩擦角/°剪胀角/°抗拉强度/MPa
    填筑(土石)0.067 50.252 1600.418.2
    灰岩(破碎)18.200.282 6204.240.510.00.072
    灰岩(完整)30.250.202 6504.942.210.01.831
    水泥混凝土200.202 500
    节理/裂隙0.025 40.170.204040.0
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    表  2  溶洞稳定性判据

    Table  2.   Criteria for judging the stability of the cave

    序号影响程度评判依据稳定性等级处理
    1无影响溶洞顶板上中下均未发生过大变形,破坏区面积很小。稳定可作持力层,不需处理。
    2轻微影响溶洞顶板的下部发生过大变形,但中部和上部均未发生过大变形,破坏区面断续,分布积小。较稳定采用注浆加固或扩大基础一般处理后可作持力层,以减小附加应力等。
    3中等影响溶洞顶板的下部、中部均发生较大变形,但上部未发生过大变形,破坏区断续分布面积较大。较不稳定对规模较大的溶洞建议进行全面处理;对规模较小的溶洞作一般处理。
    4强烈影响溶洞顶板的底部、中部和顶部均发生过大变形,破坏区连续呈贯通状分布。不稳定采取填充、桩穿越等,全面处理
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-10
  • 发布日期:  2022-02-25
  • 刊出日期:  2022-02-25

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