泸沽湖机场岩溶发育特征及地基稳定性分析与评价

论文摘要

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。本文以泸沽湖地下溶洞为研究对象,以现场调查、勘察地质资料为基础,以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外部荷载作用下的稳定性状况,并对溶洞处理措施提出建议。主要内容及认识如下:1、研究区地表岩溶以石芽、溶沟、溶槽、漏斗、落水洞等形式出现,而地下岩溶则以隐伏石芽、溶孔、溶缝及溶洞等为表现形式。岩溶塌陷、漏斗等地表岩溶的发育具有其自身的规律特征,表现为褶皱轴部附近岩溶较其它部位明显发育,场区中部较南北端头岩溶发育。研究区地下溶洞主要为近圆形、近椭圆形洞穴型和二者相组合的多层溶洞形式,水平型多层洞穴型溶洞发育要集中一些。地下溶洞在平面分布上集中在褶皱核部,地下溶发育强烈,且多呈大洞径溶洞产出,而顶板厚度则相对薄。2、研究区岩溶的发育受多种因素影响和制约。表现为结晶灰岩地层岩性及褶皱纵张节理裂隙控制岩溶的发育程度。北东侧重结晶完全的结晶灰岩和西南侧硅质灰岩地层岩溶发育较弱,中部生物碎屑灰岩和细晶灰岩地层岩溶发育较强;地质构造影响岩溶的发育趋势,地表及地下溶表现为沿褶皱轴部极为发育,且具有一定的方向性,岩溶洼地、岩溶漏斗长轴向与构造线走向基本一致,地下溶洞也具有沿褶皱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,塌陷、漏斗十分发育。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。由于灰岩结晶类型、褶皱线轴部裂隙发育程度不同和地表水系等多种原因又造成了研究区塌陷发育的不均性。其表现为北东侧和南西侧以地表溶沟和少量漏斗等为主,不发育;场区中部表现为岩溶漏斗、土洞和落水洞等岩溶塌陷数量多,呈串珠状,规模较大,很发育。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、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。而各因素对地基稳定性影响程度各有差异,作者根据溶洞钻孔剖面选取其中最具特征的溶洞形态及洞径和常见飞机荷载和建筑物荷载及综合多种因数考虑的最佳顶板厚度建立定性评价体系,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,表明定量评价体系具有很好的实用性及可信度。5、在研究区溶洞失稳模式概化的基础上,运用多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外基荷载作用下的稳定性状况。分析表明研究区溶洞稳定性整体状况较好,钻孔揭露275个溶洞,处于不稳定状态的有79个,占总数的33.5%。6、通过ABAQUS软件运用弹性模型和摩尔库伦塑性模型数值模拟的方法对研究区单个典型溶洞和多层复杂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。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措施,对塌陷的处理,在做好排水的基础上采用回填、强夯和灌浆相结合的手段进行处理,对复杂多层溶洞的第一二层溶洞建议采用挖填置换、混凝土充填溶洞的方式处理,而对于延伸较深的下层溶洞则建议采用钢筋混凝土大梁跨越重叠溶洞的方法处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.1.1 选题依据
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 岩溶问题的研究状况
• 1.2.2 岩溶地基稳定性的研究状况
• 1.2.3 机场岩溶问题研究状况
• 1.2.4 岩溶地基工程技术研究状况
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区自然地理及地质环境条件
• 2.1 区域自然地理
• 2.1.1 区域交通条件
• 2.1.2 区域气象条件
• 2.2 区域地质环境条件
• 2.2.1 区域地形地貌
• 2.2.2 区域地层岩性
• 2.2.3 区域构造
• 2.2.4 区域水文
• 2.2.5 区域新构造运动与地震
• 2.3 研究区环境地质条件
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 地层岩性
• 2.3.3 地质构造
• 2.3.4 水文地质条件
• 第3章 研究区岩溶发育规律及分布特征分析
• 3.1 岩溶概述
• 3.2 岩溶表现形式
• 3.2.1 地表岩溶表现形式
• 3.2.2 地下岩溶表现形式
• 3.3 岩溶发育与影响因素间的相关分析
• 3.3.1 地形地貌影响岩溶的发育
• 3.3.2 不同的地层岩性组合影响岩溶发育的强度
• 3.3.3 地质构造影响岩溶发育的方向和规模
• 3.3.4 水系影响岩溶的发育
• 3.3.5 新构造运动影响和控制岩溶的发育
• 3.3.6 充填物、气候影响岩溶发育的速度和强度
• 3.4 岩溶发育总体特征
• 3.5 岩溶发育总体规律
• 第4章 研究区岩溶地基稳定性分析和评价
• 4.1 岩溶地基稳定性影响因素
• 4.2 岩溶地基稳定性分析
• 4.2.1 岩溶塌陷失稳机理研究
• 4.2.2 溶洞失稳机理研究
• 4.3 岩溶地基稳定性力学分析
• 4.3.1 含溶洞地基整体破坏形式稳定性分析
• 4.3.2 含溶洞岩基局部破坏形式的稳定性分析
• 4.3.3 溶洞稳定性计算和评判
• 4.4 岩溶地基稳定性评价
• 4.4.1 地表岩溶稳定性评价
• 4.4.2 地下岩溶稳定性评价
• 第5章 研究区岩溶地基稳定性数值模拟
• 5.1 ABAQUS 软件介绍
• 5.2 岩溶地基稳定性影响因素分析及其概化模型的建立
• 5.2.1 影响因素分析
• 5.2.2 溶洞地质模型和概化模型的建立
• 5.2.3 溶洞模型评判标准
• 5.3 研究区典型岩溶地基稳定性数值模拟
• 5.3.1 静力荷载下典型溶洞稳定性二维数值模拟分析
• 5.3.2 静力外荷载下复杂溶洞三维数值模拟
• 5.4 小结
• 第6章 岩溶治理措施
• 6.1 岩溶治理原则
• 6.2 地表岩溶塌陷治理措施
• 6.3 地下岩溶治理措施
• 6.3.1 独立简单溶洞的处理
• 6.3.2 复杂多层溶洞的处理
• 结论和建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果