【摘 要】
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我国岩溶发育地区约占我国国土面积的1/3,在溶洞地区修建桩基础不可避免的要考虑溶洞对桩基承载力的影响。由于岩溶在空间上发育的不均性,造成岩溶地区的地质情况非常复杂,对岩溶认识不足而直接打桩,就有可能会造成了极大的损失,因此研究溶洞地质条件下桩基承载力机理对工程设计有着重要意义。本文在查阅国内外大量溶洞桩基承载力分析相关文献后,以广州市白云机场北某项目为依托,利用PFC2D颗粒流软件,建立灰岩地层下
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我国岩溶发育地区约占我国国土面积的1/3,在溶洞地区修建桩基础不可避免的要考虑溶洞对桩基承载力的影响。由于岩溶在空间上发育的不均性,造成岩溶地区的地质情况非常复杂,对岩溶认识不足而直接打桩,就有可能会造成了极大的损失,因此研究溶洞地质条件下桩基承载力机理对工程设计有着重要意义。本文在查阅国内外大量溶洞桩基承载力分析相关文献后,以广州市白云机场北某项目为依托,利用PFC2D颗粒流软件,建立灰岩地层下桩基溶洞离散元模型,借助离散元大变形以及清晰的宏微观破坏机理的优势,研究溶洞径长、洞高与洞宽、偏桩位移、串珠溶洞、溶洞发育、溶洞填充等因素对桩基承载力的影响,同时对上述模型进行工程实例验证,得到与工程实例相吻合的结论,表明该模型具有一定的可靠性。论文的主要结论如下:(1)在桩基下伏单溶洞的情况下,溶洞径长、洞高与洞宽增加均会降低桩基极限承载力,洞宽对桩基承载力的影响最为显著;而当溶洞径长超过7倍桩径时,溶洞径长增大对承载力基本无影响;顶板厚度、偏桩位移的增加会提高桩基极限承载力,且随着顶板厚度的增加,溶洞顶板破坏由剪切破坏转变为冲切破坏;在工程设计时,当偏桩位移超过6倍桩径时,可忽视其对桩基的影响。(2)在桩基下伏双溶洞情况下,溶洞间距的增加会提高桩基极限承载力,当双溶洞距离超过6倍桩径,增加双溶洞间距对桩基承载力无影响;下方溶洞径长增大会降低桩基极限承载力,当下方溶洞径长超过6倍桩径,增加下方溶洞径长对桩基承载力无影响。(3)当溶洞内存在流动水时,随着溶洞不断发育侵蚀,当溶洞径长增大40%时,桩基基本不能够满足承载力要求。(4)在溶洞被沙土、黏土填充的情况下,当溶洞不完全填充时,填充对桩基承载力基本无影响,而在溶洞全填充的情况下,承载力会有一定提升,因而从工程安全的角度看,溶洞沙土、黏土填充承载力计算可按照空洞情况下计算;当工程需要溶洞被灌浆处理的情况下,一定要保证灌浆质量,避免出现注浆不足的现象。(5)离散元数值分析结果显示,桩基荷载作用下,圆形溶洞底部中央、顶部率先出现应力集中,进而岩层颗粒被拉坏。之后随着桩基的不断沉降,破坏带不断向溶洞两侧发展,溶洞两侧岩层颗粒以受拉破坏为主。在顶板厚度小于1倍桩距时,破坏带表现为一矩形破坏带,破坏形式以为剪切破坏为主。而随着顶板厚度的增加,顶板破坏带从矩形发展为梯形破坏带,溶洞顶板的破坏形式转为冲切破坏。(6)通过模型的几何和属性参数的参数分析可知,颗粒抗剪强度、摩擦角会影响岩层微观破坏形式,而对桩基承载力影响较小。在本次数值分析条件中,当颗粒抗拉强度小于4.5e6N/m时,此时桩基的极限承载力随着颗粒抗拉强度的增大而增大,当颗粒抗拉强度大于4.5e6N/m时,其对桩基的极限承载力基本无影响。黏结刚度比值对桩基极限承载力基本无影响。
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