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岩溶区桥桩承载特性及溶洞变形机理研究

赵桂清 张吉禄 周小涵 刘新荣 刘馨琳 郭宏青

赵桂清,张吉禄,周小涵,等. 岩溶区桥桩承载特性及溶洞变形机理研究[J]. 中国岩溶,2024,43(5):1133-1143 doi: 10.11932/karst20240510
引用本文: 赵桂清,张吉禄,周小涵,等. 岩溶区桥桩承载特性及溶洞变形机理研究[J]. 中国岩溶,2024,43(5):1133-1143 doi: 10.11932/karst20240510
ZHAO Guiqing, ZHANG Jilu, ZHOU Xiaohan, LIU Xinrong, LIU Xinlin, GUO Hongqing. Study on bearing characteristics of bridge piles and deformation mechanisms of karst caves in karst area[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2024, 43(5): 1133-1143. doi: 10.11932/karst20240510
Citation: ZHAO Guiqing, ZHANG Jilu, ZHOU Xiaohan, LIU Xinrong, LIU Xinlin, GUO Hongqing. Study on bearing characteristics of bridge piles and deformation mechanisms of karst caves in karst area[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2024, 43(5): 1133-1143. doi: 10.11932/karst20240510

岩溶区桥桩承载特性及溶洞变形机理研究

doi: 10.11932/karst20240510
基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(52104076)
详细信息
    作者简介:

    赵桂清(1978-),男,工程师,主要从事道路桥梁方面的施工技术与工程管理。E-mail:512935371@qq.com

    通讯作者:

    张吉禄(1993-),男,博士研究生,主要从事岩土工程与桩基础方面的研究与设计工作。E-mail:540726390@qq.com

  • 中图分类号: TU443.1:P642.25

Study on bearing characteristics of bridge piles and deformation mechanisms of karst caves in karst area

  • 摘要: 为明确岩溶区桥梁建设过程中溶洞对桥桩承载特性的影响机理,以贵州某高速公路项目高架桥桩为依托,采用数值模拟的方法研究桥桩整体穿越溶洞、侧穿溶洞以及临近溶洞情况下桩基承载能力、桩身荷载传递规律以及溶洞稳定性。结果表明:(1)当桥桩穿越溶洞时,桥桩承载能力随溶洞埋深增加而降低,文中工况下承载力最大衰减量为16.5%~17.5%,而当桥桩临近溶洞时,溶洞对桥桩的影响随距离增加而减小,且当水平距离大于2D后(D为桩身直径)影响可忽略不计;(2)当溶洞位于桩身嵌岩段上部且桥桩侧穿溶洞或桥桩临近溶洞不足1D时,桥桩将产生较大差异沉降,进而影响上部结构稳定性;(3)溶洞的存在主要影响桩基临空段侧阻力的发挥,而对其他位置侧阻力的发挥影响不大,且溶洞对端阻力影响程度排序为:桥桩整体穿越溶洞>桥桩侧穿溶洞>桥桩临近溶洞;(4)桥桩整体穿越、侧穿以及临近溶洞引起的溶洞潜在破坏模式分别为顶板拉伸破坏、桩基位置附近剪切破坏以及承台的冲切破坏。

     

  • 图  1  桥梁设计及溶洞分布

    Figure  1.  Bridge design and distribution of the karst caves

    图  2  桥桩设计方案

    Figure  2.  Design of bridge piles

    图  3  数值计算模型

    Figure  3.  Model of numerical calculation

    图  4  不同计算工况溶洞位置

    Figure  4.  Positions of karst caves under different working conditions of calculation

    图  5  荷载-位移曲线

    Figure  5.  Load-deformation curves

    图  6  承台沉降曲线

    Figure  6.  Settlement curve of pile cap

    图  7  桥桩整体穿越溶洞轴力分布曲线

    Figure  7.  Distribution curve of axial force of bridge piles crossing the karst cave

    图  9  桥桩临近溶洞轴力分布曲线

    Figure  9.  Distribution curve of axial force of bridge piles located near the karst cave

    图  8  桥桩侧穿溶洞轴力分布曲线

    Figure  8.  Distribution curve of axial force of bridge piles passing through the karst cave from one side

    图  10  溶洞顶板位移

    Figure  10.  Roof displacement of the karst cave

    图  11  溶洞顶板最大位移分布曲线

    Figure  11.  Distribution curve of maximum displacement of the karst cave roof

    表  1  桥桩材料参数

    Table  1.   Material parameters of bridge piles

    名称密度ρ/g·cm−3弹性模量E(GPa)泊松比μ
    桥桩2.5200.15
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    表  2  岩土体材料参数

    Table  2.   Material parameters of rock and soil

    名称 深度
    Hi/m
    密度
    ρ/g·cm−3
    压缩模量
    Es/MPa
    泊松比
    μ
    粘聚力
    c/kPa
    摩擦角
    φ/°
    黏土 3 1.8 6.6 0.3 25 8
    灰岩 77 2.6 2 000 0.25 110 32
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    表  3  模拟工况信息

    Table  3.   Information of simulated information

    工况类型溶洞位置
    竖向水平
    1无溶洞//
    2整体穿越溶洞H2/6/
    3整体穿越溶洞H2/2/
    4整体穿越溶洞5 H2/6/
    5侧穿溶洞H2/6/
    6侧穿溶洞H2/2/
    7侧穿溶洞5 H2/6/
    8临近溶洞H2/60.5D
    9临近溶洞H2/61D
    10临近溶洞H2/62D
    (其中H2/6,H2/2,5H2/6对应实际距离分别为3.8 m,12.5 m,19.2 m)
    (H2/6, H2/2, and 5H2/6 correspond to the actual distance of 3.8 m, 12.5m, 19.2 m, respectively)
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    表  4  桥桩极限荷载与位移

    Table  4.   Ultimate load and displacement of bridge piles

    工况 极限荷
    载/kN
    承载力衰
    减系数 /%
    桩顶位
    移/mm
    桩底位
    移/mm
    桩身压缩
    量/mm
    1 121 941.8 / 40 20.09 19.91
    2 105 271.0 13.67 40 22.46 17.54
    3 105 760.1 13.27 40 23.56 16.44
    4 101 825.6 16.50 40 24.40 15.60
    5 107 852.9 11.55 40 22.67 17.33
    6 109 358.8 10.32 40 23.06 16.94
    7 100 505.5 17.58 40 23.89 16.11
    8 115 146.8 5.57 40 21.88 18.12
    9 117 801.9 3.39 40 21.57 18.43
    10 123 774.4 −1.50 40 20.63 19.37
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-01
  • 录用日期:  2024-01-12
  • 网络出版日期:  2024-12-30
  • 刊出日期:  2024-10-25

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