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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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  • 张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理(第四版)[M].北京:地质出版社,2010.

    ZHANGZhuoyuan, WANGShitian, WANGLansheng. Principles of engineering geological analysis (second edition) [M]. Beijing: Geological Publishing House,2010.
    陈国亮.岩溶地面塌陷的成因与防治[M].北京:中国铁道出版社,1994.

    CHENGuoliang. Causes and prevention of karst ground collapse [M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1994.
    程晔.岩溶区高速公路路桥基础稳定性评价方法与应用研究[D].长沙:湖南大学,2005.

    CHENGYe. Evaluation method and application research of highway bridge foundation stability in karst area[D].Changsha: Hunan University,2005.
    吴野.贵州毕节机场环境地质条件及场地稳定性评价[D].成都:成都理工大学,2010.

    WUYe. Evaluation of environmental geological conditions and site stability of bijie airport, guizhou [D]. Chengdu: Chengdu University of Technology,2010.
    王濯凝.我国岩溶研究的一些新进展[J].中国岩溶,1996,15(4):398-400.

    WANGZhuoning. Some advances in karst research in china [J]. Carsologica Sinica,1996,15(4):398-400.
    丁春林,甘百先,钟辉虹, 周顺华.含土洞、溶洞的机场滑行道路基稳定性评估[J].岩石力学与工程学报,2003, 22(8):1392-1333.

    DINGChunlin,GANBaxian, ZHONGHuihong, ZHOUShunhua. Stability evaluation of airfield taxiway subgrade with soil and karst caves [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003,22(8):1392-1333.
    陈尚桥,黄润秋.基础下浅埋洞室安全顶板厚度研究[J].岩石力学与工程学报,2000,19(S):961-966.

    CHENShangqiao, HUANGRongqiu. Study on safe roof thickness of shallow buried cavity under foundation [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2000,19 (S): 961-966.
    郑伟.岩溶地基人工挖孔桩的设计及处理方法[J].住宅科技,1998.

    ZHENGWei. Design and treatment method of manually dug pile in karst foundation [J]. Residential Science and Technology, 1998.
    刘怀恒.岩土力学数值方法的应用及发展[J].岩土力学,1989,10(2):14-21.

    LIUHuaiheng. Application and development of numerical methods in rock and soil mechanics [J]. Rock and Soil Mechanics,1989,10(2):14-21.
    周维垣.岩体力学数值计算方法的现状与展望[J].岩石力学与工程学报,1993,12(1):84-88.

    ZHOUWeiyuan. Present situation and prospect of numerical calculation method of rock mechanics [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,1993,12(1):84-88.
    王泳嘉,冯夏庭.关于计算岩石力学发展的几点思考[J].岩土工程学报,1986,8.

    WANGYongjia, FENGXiating. Some thoughts on the development of computational rock mechanics [J]. Journal of Geotechnical Engineering, 1986,8.
    李宁,SwobodaG.当前岩石力学数值方法的几点思考[J].岩石力学与工程学报,1997,16(5):502-505.

    LINing, SwobodaG. Reflections on current numerical methods of rock mechanics [J]. Journal of Rock Mechanics and Engineering, 1997,16 (5): 502-505.
    栾茂田,Keiozugai.关于岩土工程研究中若干基本力学问题的思考[J].大连理工大学学报,1999,39(2):309-317.

    LUANMaotian, Keiozugai. Thinking on some fundamental mechanics issues in geotechnical engineering [J]. Journal of Dalian University of Technology,1999,39 (2):309-317.
    廖崇高,韩文喜,刘自强.某机场勘察报告[R].2009.

    LIAOChonggao, HANWenxi, LIUZiqiang. Investigation report of an airport [R]. 2009.
    许效松,杜佰伟.碳酸盐岩地区古风化壳岩溶储层[J].沉积与特提斯地质,2005, 25(3):1-7.

    XUXiaosong, DUBaiwei. The palaeoweathering crust-type karst reservoir rocks in carbonate rocks [J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology,2005,25(3):1-7.
    朱以文,蔡元奇,徐晗. ABAQUS 与岩土工程分析[M].香港:中国图书出版社,2005.

    ZHUYiwen, CAIYuanqi, XUHan. Abaqus and geotechnical engineering analysis[M]. Hongkong: China Book Press,2005.
    王金昌.陈页开. ABAQUS 在土木工程中的应用[M].杭州:浙江大学出版社,2006.

    WANGJinchang, CHENYekai. Abaqus in civil engineering [M]. Hangzhou:Zhejiang University Press,2006.
    庄海洋,陈国兴,梁艳仙.土体动非线性黏弹性模型及其ABAQUS 软件的实现[J]. 岩土力学,2007.

    ZHUANGHaiyang, CHENGuoxing, LIANGYanxian. A developed dynamic viscoelastic constitutive relations of soil and implemented by ABAQUS software[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007.
    范庆来,栾茂田,杨庆.修正剑桥模型的隐式积分算法在ABAQUS中的数值实施[J]. 岩土力学,2008,29(1):269-273.

    FANQinglai, LUANMaotian, YANGQing. Numerical implementation of implicit integration algorithm for modified Cam-clay model in ABAQUS [J]. Rock and Soil Mechanics, 2008,29(1):269-273.
    庄茁. 有限元软件ABAQUS6.4 入门指南[M]. 北京:清华大学出版社,2004.

    ZHANGZhuo. Finite element software abaqus6.4 start guide [M]. Beijing: Tsinghua University Press,2004.
    庄茁,张帆.ABAQUS 非线性有限元分析与实例[M]. 北京: 科学出版社,2005.

    ZHANGZhuo, ZHANGFan. Abaqus nonlinear finite element analysis and examples[M]. Beijing: Science Press,2005.
    《工程地质手册》编委会(第五版).工程地质手册[S].北京:中国建筑工业出版社,2017.

    《Engineering geology manual editorial board》(fifth edition). Engineering Geology Manual [S]. Beijing: China Construction Industry Press, 2017.
    中华人民共和国建设部.建筑桩基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

    Ministry of construction of the People's Republic of China. Building pile foundation design specifications (GB50007-2011) [S]. Beijing: China Construction Industry Press,2011.
    中华人民共和国建设部.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

    Ministry of construction of the People's Republic of China. Building foundation design code (GB50007-2011)[S].Beijing: China Construction Industry Press,2011.
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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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