桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

刘孟瀚; 范秋雁; 李天雨; 李武奇; 梁家珲; 韩进仕

doi:10.11932/karst2021y12

桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究

doi: 10.11932/karst2021y12

1.
广西大学资源环境与材料学院，广西南宁 530004
2.
山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南 250061
3.
中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，广西南宁 530007
4.
广东修邦代建工程管理有限公司，广东惠州 516000

基金项目:

膨胀岩边坡长期稳定特性及治理方法研究 41162012

广西膨胀岩滑坡地质灾害特性与整治技术研究 2010GXNSFA013005

详细信息

作者简介:
刘孟瀚（1997-），男，硕士，从事岩溶地区桩基稳定性研究。E-mail:1079968358@qq.com。

通讯作者:
范秋雁(1961-),男,教授，主要从事防灾减灾及岩溶地质灾害治理等工作。E-mail:qiuyan@gxu.edu.cn。

中图分类号: TU473.1
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出版历程
- 收稿日期: 2020-09-09
- 发布日期: 2022-02-25
- 刊出日期: 2022-02-25

Experimental study on the effect of the elliptical karst cave in front of the pile on the stability of the fixed end of the sliding pile

1.
School of Resources， Environment and Materials， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530004， China
2.
Research Center of Geotechnical and Structural Engineering， Shandong University， Jinan， Shandong 250061， China
3.
Guangxi Electric Power Design Institute Co. Ltd.， China Energy Engineering Group，Nanning， Guangxi 530007， China
4.
Guangdong Xiubang Agent Construction Engineering Management Limited， Huizhou，Guangdong 516000， China

Funds:

41162012

2010GXNSFA013005

摘要

摘要: 随着抗滑桩在工程中的大量运用，岩溶区抗滑桩嵌固端稳定性问题日益突出。当抗滑桩桩前存在溶洞时，溶洞在水平荷载下可能会发生变形，导致抗滑桩嵌固端失去稳定性。本文基于相似模型理论，建立了抗滑桩嵌岩段桩前存在两种不同形状溶洞（长轴方向水平和长轴方向竖直）试验模型。利用水平加载试验，针对椭圆形桩前溶洞对抗滑桩嵌固端的稳定性影响进行了研究，获得以下相关结论：溶洞长轴方向为竖直的试验模型嵌岩体变形分为弹性变形、裂纹稳定扩展及加速扩展三个阶段，加载到破坏荷载时溶洞顶板产生隆起破坏，最终形成的顶板处破坏断面与水平方向成45°左右；桩前溶洞长轴方向为水平的试验模型在达到溶洞长轴方向为竖直的模型破坏荷载增大一级荷载时，嵌固端保持整体稳定；相比于横长轴溶洞，纵长轴溶洞的存在更显著的降低了抗滑桩嵌固端的承载力，且溶洞顶板厚度越小，对抗滑桩嵌固端承载力影响越大，破坏形式为溶洞顶板受压破坏；基于极限平衡法，提出了桩前存在溶洞时嵌固端承载力验算方法，并对验算方法进行了验证。
- 溶洞 /
- 抗滑桩 /
- 相似模型 /
- 极限平衡法 /
- 桩嵌固端承载力
Abstract: With the vigorous advancement of China's infrastructure construction and increasing attention to the prevention and control of geological disasters， a large number of horizontal load-bearing anti-slide piles have been set up in karst areas. Due to the existence of karst phenomena such as karst caves， the load-bearing properties of such anti-slide piles have their particularity. Studies on these properties are rarely carried out at home and abroad， which leaves many technical problems to be solved urgently in the arrangement of anti-slide piles in karst areas. When there is a karst cave in front of the anti-slide pile， the karst cave may be deformed under horizontal load， causing the embedded end of the anti-slide pile to lose stability. Based on the indoor similar model test and theoretical research， this paper establishes two different shapes of caves （horizontal in the longitudinal direction and vertical in the longitudinal direction） in front of the rock-socketed section of the anti-slide pile. Using horizontal loading tests， the influence of the karst cave in front of the elliptical pile on the stability of the anti-sliding pile with embedded end was examined. Results show that the deformation of the rock-socketed body of the test model with the vertical longitudinal direction of the karst cave can be divided into three stages， elastic deformation， steady crack expansion and accelerated crack expansion. When loaded to the failure limit， the roof of the cave will be uplifted and destroyed， and the fracture section of the finally formed roof will be about 45° from the horizontal. In the test model with the long axis of the cave in front of the pile， when the failure load of the vertical model increases one degree of load， the embedded end remains stable as a whole. Compared with the horizontal and long axis karst caves， the existence of the longitudinal axis karst caves significantly reduces the bearing capacity of the embedded end of the anti-slide pile.In addition，the smaller the thickness of the cave roof is，the greater the impact on the bearing capacity of the anchored end of the anti-slide pile becomes， and the failure form is the collapse of the cave roof under compression.Under the condition that there is a karst cave in front of the pile，the calculation method of the ultimate bearing capacity of the anti-sliding pile in the embedded-solid section of the anti-sliding pile is verified based on the rigid limit equilibrium theory，which can be used as a reference for the design of anti-sliding piles in karst areas.
- karst cave /
- anti-slide pile /
- similar model /
- limit equilibrium method /
- bearing capacity of fixed-end of pile
注释:

1) 刘孟瀚，范秋雁，李天雨，等.桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究［J］.中国岩溶，2022，41（1）：59-66.

2)

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a. 纵长轴溶洞模型

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b. 横长轴溶洞模型

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图 2 加载系统图

Figure 2. Loading system

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图 3 纵长轴溶洞模型装置实物图

Figure 3. Karst cave model with longitudinal long axis

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图 4 横长轴溶洞模型装置实物图

Figure 4. Karst cave model with lateral long axis

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图 5 纵长轴溶洞模型测点位置示意图

Figure 5. Schematic diagram of measurement points on karst cave model with longitudinal long axis

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图 6 横长轴溶洞模型测点位置示意图

Figure 6. Schematic diagram of measurement points on karst cave model with lateral long axis

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图 7 模型破坏情况

Figure 7. Destruction of the model

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a. 桩水平位移对比

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b. 桩后隆起位移对比

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c. 桩前隆起位移对比

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d. 洞径收敛对比

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图 9 纵长轴溶洞模型嵌固端破坏形式

Figure 9. Failure form of the embedded end of karst cave model with longitudinal long axis

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图 10 溶洞顶板受力示意图

Figure 10. Schematic diagram of stress of karst cave roof

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图 11 刚性桩变形示意图

Figure 11. Schematic diagramof rigid pile deformation

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图 12 桩嵌固端受力示意图

Figure 12. Schematic diagram of the force on embedded end of pile

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表 1 两材料物理力学性质与几何参数

Table 1. Mechanical properties and geometric parameters of two materials

	几何相似常数30						物理相似常数1.3	应力或强度相似常数39
	岩土体宽度/m	岩土体高度/m	岩土体厚度/m	抗滑桩桩长/m	桩径/m	嵌岩深度/m	灰岩容重/kN∙m^-3	石灰岩抗压强度/MPa	抗拉强度/MPa
原型岩体	30.0	15.0	18.0	10.00	2.00	4.00	27.00	70.00	8.00
相似材料	1.0	0.5	0.6	0.33	0.067	0.13	20.77	1.79	0.21

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表 2 应力分析

Table 2. Stress analysis

工况		fc/MPa
纵长轴溶洞模型	计算值	1.551
纵长轴溶洞模型	抗压强度	1.790

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