（岩土工程专业论文）岩溶地区输电塔地基的变形破坏机理研究.pdf

中文摘要 摘要 论文以云南至广东士8 0 0 k v 特高压直流输电工程为背景，进行岩溶地区输电塔 地基的变形破坏机理研究。 对本线路途经岩溶地区的地质特性、常用基础形式、常用塔型及相应荷载进 行了分析，并将岩溶地区输电塔地基问题与普通地基问题进行对比，得出了两类 地基在荷载作用方式、洞室应力和位移要求等方面的不同。将岩溶地区输电塔地 基划分为土岩组合地基、溶洞地基两大类，采用最不利工况分别进行分析。 以本线路中的红粘土土岩组合地基为例，对输电塔下土岩组合地基进行分析。 在分析时，选取地基变形值作为安全控制指标；选取基底宽度、受压基础底面下 土层厚度、粘土物理力学参数作为影响因素；选取分层总和法作为计算方法。通 过对计算结果的总结分析，得到了各种参数组合所对应的最大地基变形值、各类 红粘土土岩组合地基的工程适用性等结论，并认为这些结论可以推广应用到含高、 中、低压缩性土的输电塔下土岩组合地基。 以本线路中常见的、级围岩为例，对输电塔下的溶洞地基进行分析。在 分析时，选取地基倾斜值、溶洞是否达到极限破坏状态作为安全控制指标；选取 基底宽度、溶洞覆跨比、围岩级别作为影响因素；选取数值分析方法作为计算方 法。通过对计算结果的总结分析，得到了溶洞地基稳定状态界限点可以作为安全 控制指标、各种参数组合条件下的界限覆跨比及其对应的地基倾斜界限值、何种 参数组合条件下溶洞地基可以正常使用等结论。最后针对溶洞覆跨比的代表性进 行了专门的分析，认为分析溶洞地基的稳定性和变形破坏特征时，覆跨比具有较 好的代表性；特别是在分析溶洞地基的稳定状态界限点、地基倾斜界限值时，覆 跨比的代表性更好。 论文得出的结论，对士8 0 0 k v 直流线路及其它输电线路的选线、设计有着一定 的参考价值。 关键词：岩溶地基，输电塔，变形，破坏，覆跨比 英文摘要 a b s t r a c t b yt a k i n gt h ep r o j e c to f 士8 0 0 k vh i 曲v o l t a g ed i r e c tc u r r e n tt r a n s m i s s i o nl i n ef r o m y u n n a nt og u a n g d o n ga se x a m p l e , t h ep r e s e n tt h e s i sf o c u so nd e f o r m a t i o na n df a i l u r e m e c h a n i s mo f t h et r a n s m i s s i o nt o w e rg r o u n d w o r ki nk a r a tr e g i o n 1 1 1 ep r e s e n tt h e s i sa n a l y s e st h eg e o l o 百c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec r o s s e dk a r a t r e g i o n , c o u l m o nf o u n d a t i o nf o r m s t o w e rt y p e sa n dt h ec o r r e s p o n d i n gi o a di nt h e p r o j e c t , a n dt a k et h et r a n s m i s s i o nt o w e rg r o u n d w o r kc o n t r a s t t ot h ec o m m o n g r o u n d w o r ki nk a r a tr e g i o n , g o tt h ed i f f e r e n c eo ft h i st w ok i n d so fg r o u n d w o r ki n p r o c e s sm o d eo fl o a d s ，t h e s t r e s sa n dd i s p l a c e m e n to fc a v e je r e c l a s s i f yt h e t r a n s m i s s i o nt o w e rg r o u n d w o r ki nk a r a tr e g i o nb ys o i l - r o c kc o m p o s i t i o ng r o u n d w o r k a n dk a r s tc a v eg r o u n d w o r k ，a n ds e l e c tt h el a r g e s to f l o a d - t o w e rt oa n a l y s i s t a k et h er e dc l a yo fs o i l - r o c kc o m p o s i t i o nf o u n d a t i o ni nt h i sl i n ea sa ne x a m p l e , a n a l y s e st h es o i l - r o c kc o m p o s i t i o nf o u n d a t i o nu n d e ro ft r a n s m i s s i o nt o w e r a n ds e l e c t g r o u n dd e f o r m a t i o na sas a f e t yc o n t r o li n d i c a t o r ；s e l e c tf o u n d a t i o nw i d t h , t h el a y e r t h i c k n e s su n d e rf o u n d a t i o nb o r o mb yp r e s s u r e ，c l a yp l a s t i c i t ys t a t ea sa f f e c t i n gf a c t o r s ； s e l e c tl a y e r w i s es u m m a t i o nm e t h o da st h ec a l c u l a t i o n a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s s u m m a r i z e ，e d u c et h ec o n c l u s i o na s t h ev a r i o u sp a r a m e t e r sc o m b i n a t i o nc o r r e s p o n d i n g t h em a x i m u mv a l u eo fg r o u n dd e f o r m a t i o n , a n dt h ev a r i o u sr e dc l a ys o i l - r o c k c o m p o s i t i o ng r o u n d w o r ka p p l i c a b i l i t y t h e s ec o n c l u s i o n sc u nb ea p p l i e d t oh i g h , m i d d l ea n dl o ws o i lc o m p r e s s i o no ft h et r a n s m i s s i o nt o w e rs o i l - r o c kc o m p o s i t i o n g r o u n d w o r k t a k et h eh i ，i vg r a d e sr o c k 嬲a ne x a m p l e ，a n a l y s e st h ek a r s tc a v ef o u n d a t i o n u n d e rt r a n s m i s s i o nt o w e r s e l e c tt h ef o u n d a t i o nt i l tv a l u e ，w h e t h e rr e a c hu l t i m a t e d e s t r o ys t a t e 嬲as a f e t yc o n t r o li n d i c a t o r ；s e l e c tw i d t ho f t h eb o r o mo f f o u n d a t i o n , r a t i o b e t w e e nd e p t ha n ds p a no fk a r a tc a v e , g r a d eo fr o c km a s sa sa f f e c t i n gf a c t o r s ；s e l e c t n u m e r i c a la n a l y s i s 勰c a l c u l a t i o nm e t h o d a c c o r d i n gt ot h er e s u l t ss u m m a r i z e , e d u c e t h a tw h e t h e rt h ec a v er o o fe n t e rt h ea c c e l e r a t e dd e s t r u c t i o ns t a t ea sn o r m a lu s i n g c r i t e r i o no fc a v ef o u n d a t i o nu n d e rt r a n s m i s s i o nt o w e r ；v a r i o u sp a r a m e t e r sc o m b i n a t i o n o fr a t i ob e t w e e nd e p t ha n ds p a na n di t sr e s p o n d i n gf o u n d a t i o nd e f o r m a t i o nt h r e s h o l d v a l u e ；w h a tc i r c u m s t a n c e sn o tt oc o n s i d e rc a v ei m p a c t , e r e a sw e l l 猫g i v i n gas p e c i a l a n a l y s i st ot h ee f f e c t i v e n e s so f t h er a t i ob e t w e e nd e p t ha n ds p a n , c o n s i d e rt h a tt h er a t i o b e t w e e nd e p t ha n ds p a na sa na f f e c t i n gf a c t o ri se f f e c t i v ew h e na n a l y z m gd e s t r o y m 重庆大学硕士学位论文 c o u r s e , t h es t a b l es t a t eb o u n d a r y , t h eg r o u n d w o r kd e f o r m a t i o nt h r e s h o l dv a l u eo ft h e k a r s tc a v eg r o u n d w o r k ；h o w e v e r , i ti sn o ti d e a l 勰a l li n f l u e n c i n gf a c t o ri no t h e r i n s t a n c e s t h ec o n c l u s i o no ft h i sp a p e rh a sd e f i n i t er e f e r e n c ev a l u eo nt h et r a n s m i s s i o nl i n e r o u t es e l e c t i o na n dd e s i g n k e yw o r d s ：k a r s tg r o u n d w o r k ，t r a n s m i s s i o nt o w e r , d e f o r m m i o n ，f a i l u r e ，r a t i ob e t w e e n d e p t ha n ds p a n w 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字目期：乒力7 年月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：毒害己龟务 签字日期：印年月7 e l 导师签名： 、铲仁 签字日期：o 嘭7 年月7 日 i 绪论 1 绪论 1 1 研究的目的和意义 我国的可溶岩分布面积达3 6 5 x 1 0 6k m 2 占国土面积的1 乃，是世界上岩溶最发 育的国家之一。在岩溶地区，由于岩溶作用，建( 构) 筑物地基中广泛分布着有对 地基基础稳定性有较大影响的溶洞、溶孔、溶隙、溶沟、石芽、土洞。 另一方面，我国的输电线路已遍布国土。特别在西电东输工程中，不少沿线途 经岩溶地区，岩溶地区地基的强度、变形和稳定性相对较差。若地基设计施工不 当，则会因地基不均匀沉降、地基整体破坏，导致杆塔倾斜、变形、甚至倾覆， 严重威胁线路安全，而造成直接经济损失上百万元和上亿元的间接经济损失。 由于岩溶地区地基的复杂性、变化性，目前成熟的研究成果相对较少。现行 的建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) t 2 1 ，对岩溶地区地基的设计和施工提 出了一些一般性的规定，但其条款适用对象为一般建筑物地基及基础。而输电塔 地基有其自身的特点，从常用基础形式、受力、变形及破坏情况，都与一般建筑 物有很大的不同，仅仅按建筑地基基础设计规范对岩溶地区地基的规定进行 设计和施工，显然是不够的。电力行业的各类技术规范，如架空送电线路基础 设计技术规定f d i ，r 5 2 1 9 2 0 0 5 ) t 1 1 等，都没有对岩溶地区输电塔地基的设计做出 专门的规定。以至于在对岩溶地区输电塔地基进行设计时，主要依靠设计师的工 程经验。这样的设计方法，要么会过于保守，造成极大的浪费，要么会因设计不 当而酿成事故。而对送电线路进行改线，避开工程性质较差的岩溶地区，往往是 很不经济，甚至有时是无法办到的。因此，对岩溶地区输电塔地基进行专门研究， 势在必行。 本文是对岩溶地区输电塔地基的变形破坏机理进行研究，探求其变形规律， 破坏过程及破坏特征，为得出安全、经济、实用的输电塔地基设计和施工方法， 提供理论依据。本文以云南至广东士8 0 0 k v 特高压直流输电工程为背景，选取其途 经岩溶地区的地质特性、常用的基础形式、常用塔型及相应荷载进行研究，对 * 8 0 0 k v 直流线路及其它输电线路的选线、设计有着一定的参考价值。 1 2 研究现状 由于岩溶地区地基的复杂性、变化性，目前对其的成熟研究成果相对较少， 针对岩溶地区输电塔地基的变形破坏机理的研究尚未见报道。对于岩溶地基稳定 性的分析评价，国内外已有部分文献有所论述，并且主要集中在溶洞地基的稳定 性分析上。以下是国内一些学者在岩溶地区地基稳定性方面的研究成果： 重庆大学硕士学位论文 刘之葵等在岩溶地区地基稳定性理论分析方面有较多研究。其在岩溶地区含 溶洞岩石地基稳定性分析【1 4 i 中提出地质构造、结构面、岩层性质、溶洞洞体形 态、地下水等，是定性评价溶洞地基稳定性的重要因素。利用弹性理论，推导了 岩石地基中溶洞周围的应力状态，利用格里菲斯强度理论，对含溶洞岩石地基的 稳定性进行了定量计算判别。并且发现基础底面尺寸、溶洞顶板厚度、溶洞跨度( 直 径1 及溶洞的断面形状对地基稳定性的影响很大，而地下水产生的“真空吸蚀作用” 对地基稳定性的影响很小，洞内充填物对地基稳定的作用不明显。 在岩溶地区土洞地基稳定性分析【l7 】中，认为地基在自重应力和附加应力 的作用下，土洞周围土体将产生应力集中，提出了由弹性理论推求土洞周围土体 的应力状态，再利用莫尔一库仑屈服准则，进行土洞周围土体稳定性计算判别的定 量分析方法。并认为在岩溶地区，地下水对地基土层产生的潜蚀作用和崩解作用， 是土洞发育乃至破坏失稳重要影响因素。 在调整柱距处理岩溶塌陷地基的距离 1 6 1 中，分析了岩溶地区基础距离及 基础埋深对地基稳定性的影响、地下水位对地基稳定性的影响。认为在已稳定的 塌陷地基中，根据塌陷土体所能提供的被动土压力强度与地基土体所产生的主动 土压力强度来判别地基未塌陷土体的局部稳定性采用调整柱基础距离或调整基 础埋深，可保证地基土体不破坏；地下水位的升降对地基未塌陷土体的局部稳定 性的影响显著，地下水位上升不利于地基的稳定性另有根据极限平衡条件推导 出新的方法，可用以判定地基未塌陷土体的整体稳定性。 刘之葵等在桂林岩溶地区地基承载力理论确定方法的分析i l5 j 中，提出如 下理论：理论计算是确定地基承载力的重要方法之一。桂林岩溶地区地基土主要 为粘土、粉质粘土、粉土等。在工程实例和理论分析的基础上，探讨了理论计算 方法在桂林岩溶地区地基承载力的确定的适用性，并且认为粉土地基不适宜用理 论方法确定承载力。另外，结合桂林岩溶地区地基的排水条件、施工条件等，对 理论计算中c 、m 值的选用进行了分析，并提出了一些建议。对于其它岩溶地区 确定地基承载力有参考价值。 牟春梅在岩溶地区地基岩体溶洞顶板稳定性评价【2 l 】中，采用结构力学分 析方法，分析了溶洞顶板稳定性的影响因素，研究了各影响因素对溶洞顶板稳定 性的影响及变化规律、溶洞顶板在岩土自重及外荷载作用下的稳定情况。 在应用有限元方法对岩溶问题进行研究方面，黎斌等田墚用三维线弹性有限 元对溶洞顶板进行受力分析，并以g r i f f i t h 准则判断其稳定性。丁春林等【2 4 】采用三 维弹塑性有限元方法对存在有溶洞和土洞的机场滑行道路的稳定性进行了分析， 用塑性区和溶洞特征点位移等评价其稳定性。近年来有学者采用有限元方法对基 础下和机场道路下溶洞进行过有限元分析，陈尚桥，黄润秋【2 习采用有限元方法研 2 i 绪论 究了基础与洞室相互作用下的破坏机制，并运用逐步线性回归的方法得出综合预 测模型。 l - 3 目前常用的溶洞地基稳定性分析评价方法 由于目前岩溶地基稳定性分析主要集中在溶洞地基的稳定性分析评价上，所 以在此对其常用的评价方法做如下小结。溶洞地基的稳定性分析评价方法，一般 分为定性、半定量、定量分析澍捌： 1 3 1 定性评价法 定性评价法适用于初勘阶段选择场地及一般工程地基稳定性分析评价，包括 综合分析法、经验比拟法。 综合分析法 该法可根据洞隙各项边界条件，对比表i 1 中所列影响洞体的诸因素进行综合 分析并做出评价。 表1 1 岩溶地基稳定性定性评价o o 】 影响因素 对稳定有利对稳定不利 泥质岩、白云质灰岩，薄层状有互层且岩 岩性及厚度 厚层块状、强度高的岩石 性软化 有断层通过，裂隙发育，岩体被两组以上 裂隙状况无断裂，裂隙不发育或胶结好 裂隙切割，裂隙张开，岩体呈平砌状 岩体产状走向与洞轴正交或斜交，倾角平缓走向与洞轴平行，陡倾角 洞穴形态与埋 洞体小( 与基础尺寸相比) ，呈竖向延 洞径大，扁平状，复体相连，埋藏浅，在 藏条件伸井状，单体分布，埋藏深基底附近 顶板岩层厚度与洞径比值大，顶板呈顶板岩层厚度与洞径比值小，有悬挂岩 项板情况 板状或拱状，可见钙质沉积 体，被裂隙切割且未胶结 未充填或半充填，水流冲蚀充填物，洞中 充填情况为密实沉积物填满且无水冲蚀的可能 见有近期塌落物 地下水无 有水流或闻歇性水流。流速大，有承压性 经验比拟法 该方法根据评价对象洞隙条件，与条件相似的已有成功或失败工程实例进行 类比评价。 3 重庆大学硕士学位论文 1 3 2 半定量评价法 目前已有一些对洞体稳定性分析评价的定量方法，但是由于洞体受力状况、 围岩应力场的演变十分复杂，要确定洞体破坏形式和取得符合实际的岩体力学参 数又很困难，加之受到探测手段的局限，很难查清洞体与围岩的边晃条件与性能 指标。因此，定量评价方法的应用在工程实践中受到很大限制，而半定量的评价 方法较为实用，并且目前也在不断的探索提高。 顶板厚跨比法 该法常用于稳定围岩。根据近似的水平投影跨度和顶部最薄处厚度h ，求 出厚跨比h l ，作为安全厚度评价依据，不考虑项板形态、荷载大小和性质。因 水平洞顶比拱形差，故取近似水平状态的h l 作为估算安全厚度的最小比值，由 经验知h l 0 5 是安全的，一般可取h l 1 0 作为安全乔限。 结构力学估算顶板安全厚度法 对稳定围岩，将溶洞围岩视为结构自承重体系，据洞体形态、完整程度、裂 隙情况进行内力分析，所得h 再加适当安全系数，即为顶板安全厚度。 1 1 按梁板抗弯估算安全厚度 结合项板厚跨比值，抗弯厚度的估算可采用梁板拱的简化计算模型。当厚跨 比h l 只时， 吼= ，啊+ q 一只t 此时需要对增大空洞承载力进行验算，才能判断洞体是否稳定。 弹性力学平面解析法 仅能对形状较规则的溶洞进行分析。可将其分析方法分为深埋圆形溶洞分析 方法、其它较规则溶洞分析方法两类。现分别叙述如下： 1 ) 深埋圆形溶洞分析方法 a 齐尔西解 对于深埋圆形溶洞( 溶洞到基底距离不小于洞室次生应力影响半径) ，可以利用 平面孔洞弹性理论的齐尔西解求解应力。其公式为f 1 4 】： 7 重庆大学硕士学位论文 q = 三c p 喇，一争+ 三c 一4 等+ s 多c o s 2 0 = 丢( p + g ) ( 1 + 尹a 2 一丢( g 一烈+ s 多c o s z 口 2 l ( p - q ) ( 1 + 2 拳一s 多s 访加 m 式中c r r 、铂分别为围岩中的径向应力、切向应力和剪切应力；p 、g 分 别为作用在次生应力影响范围边界上的垂直应力和水平应力；口为溶洞半径；o 为 与水平轴的夹角。根据上式，圆形溶洞周边( r = 口) 处的应力为： 1 = p ( 1 + 2 c o s 2 0 ) + q o 一2 c o s 2 0 ) 【q2 2 0 f 1 1 8 ) b 次生应力影响范围边界上应力 在洞室次生应力影响半径( 一般取6 a ，a 为溶洞半径) 以外，采用弹性力学中关 于弹性半空间的理论解答，即常规的地基中附加应力计算方法，分别计算出距溶 洞中心距离6 a 盘阻点附加应力a a f f 6 1 b 点的附加应力( 见图3 3 ) ，并作为爿点所 在水平面和丑点所在竖直面处的附加应力( 此为简化算法，偏保守。也可分别取彳 点水平面上若干个点的附加应力平均值及口点竖直面上若干个点的附加应力平均 值，但这样相对复杂) ，得： i p 2 。t + 。“ k 2 a ( + ) ( 1 1 9 1 式中d 白、分别为4 、b 点处岩土体自重应力；丑为岩体侧压力系数。 q p a b 丑 q p l 鱼垒 i 图1 1 深埋圆形溶洞地基应力计算 f i 9 1 1s t r e s sc a l c u l a t i o nf o rd e e pr o u n dc a v eg r o u n d w o r k 3 1 绪论 c 格里菲斯破坏准则 由前述分析，可以得到地基中溶洞周边所产生的次生应力。圆形溶洞周边应 力的极值点均在水平轴( p = 0 。，1 8 0 0 ) 和垂直轴( 萨9 0 。，2 7 0 。) 上。计算得到溶洞 周边极值点处的应力大小后，可采用围岩强度判据，看其是否超过岩体的强度， 以判断溶洞稳定性。本文采用格里菲斯破裂准则对溶洞地基进行稳定性判别。格 里菲斯破坏准则表达为： 足= 二尝o 1 + 3 a 3 o (120)8 ( o r , + 吒) 、 足= 吒 式中q 、玛分别为最大、最小主应力， 本身带负号。 q + 3 码 o 5 4 时( 定义此时的覆跨比为极限覆跨 比k 。) ，输电塔下溶洞地基将会达到极限破坏状态。图4 3 图4 6 分别为选取极 限覆跨比九一建立分析模型时，所对应的附加沉降、附加水平位移、最小应力分 布图，以及极限破坏状态时的塑性区分布图。 由计算结果可知，选取极限覆跨比k 。建立分析模型时，最大附加沉降为 1 4 7 6 m m ，最大附加水平位移为o 3 9 1 m m ；最大拉应力为3 1 6 5 3 k p a ，出现在溶洞 4 溶洞地基变形破坏机理分析 顶部中心点。 从极限破坏状态时的塑性区分布图可以看出：最大的塑性变形出现在溶洞顶板 中偏水平力指向一侧。塑性区的发展过程是：首先塑性区出现在溶洞顶板中偏水 平力指向一侧，并向上、下发展；接着塑性区出现在溶洞顶部偏水平力指向一侧， 并向上发展；然后塑性区出现在基础底面受拉一侧，并向下发展；最后塑性区贯 通，地基破坏。 图4 3 地基附加沉降0 = 1 e n ) f i 9 4 3s u p e r i m p o s e ds e t t l e m e n to f g r o u n d w o r k0 3 = 1 6 m ) 4 1 重庆大学硕士学位论文 图4 4 地基附加水平位移( b = 1 6 m ) f i 9 4 4s u p e r i m p o s e da c l i n i cd i s p l a c e m e n to f g r o u n d w o r kf b = 1 6 m ) 图4 5 最小主应力分布( b = 1 6 m ) f i 9 4 5d i s t r i b u t i n go f m i n i m a lp r i n c i p a l $ l l e s sf b = 1 6 m ) 4 溶洞地基变形破坏机理分析 图4 6 极限破坏状态时的塑性区分布( 1 3 = 1 6 m ) f i 9 4 6 d i s t r i b u t i n g o f p l a s t i cr e g i o n a t t h e t i m e o f u l t i m a t e d e s t r u c t i o n ；1 6 m ) 选取基底宽度b = 2 4 m ，则极限覆跨比k 。= o 2 8 。图4 7 图4 1 0 分别为 选取极限覆跨比k 建立分析模型时，所对应的附加沉降、附加水平位移、最小 应力分布图，以及极限破坏状态时的塑性区分布图。 由计算结果可知，选取极限覆跨比九一建立分析模型时，最大附加沉降为 1 4 0 2 r a m ，最大附加水平位移为0 3 8 6 m m ：最大拉应力为1 1 1 0 9 9 k p a ，出现在溶 洞项部中心点。 从极限破坏状态时的塑性区分布图可以看出：最大的塑性变形出现在溶洞顶 部偏水平力指向一侧。塑性区的发展过程是：首先塑性区出现在溶洞顶部偏水平 力指向一侧，并向上发展；然后塑性区同时出现在基础底面受拉、受压两侧，并 向下发展；最后塑性区贯通，地基破坏。 重庆大学硕士学位论文 图4 7 地基附加沉降( b = 2 4 m ) f i 9 4 7s u p e r i m p o s e ds e t t l e m e n to f g r o u n d w o r k ( b = 2 4 m ) 图4 8 地基附加水平位移( b = 2 4 m ) f i 9 4 8s u p e r i m p o s e da c l i n i ed i s p l a c e m e n to f g r o u n d w o r k0 3 = 2 4 m ) 4 溶洞地基变形破坏机理分析 图4 9 最小主应力分布( b - 2 4 m ) f i 9 4 9d i s t r i b u t i n go f m i n i m a lp n n c i p a ls t r e s s = 2 4 1 1 1 ) 图4 1 0 极限破坏状态时的塑性区分布0 3 = 2 4 m ) f i 9 4 1 0d i s t r i b u t i n go f p l a s t i cr e g i o na tt h et i m e o f u l t i m a t ed e s t r u c t i o n0 3 - 2 4 m ) 重庆大学硕士学位论文 4 5 级围岩条件下溶洞地基变形破坏机理分析 通过计算可知，在级围岩条件下，选取基底宽度b 和覆跨比九的不同参数 组合，得到的输电塔下溶洞地基的变形规律、破坏过程和破坏特征也不尽相同。 4 5 1 变形规律分析 选取基底宽度b 和覆跨比九的不同参数组合，得到的输电塔下溶洞地基的变 形值也就不同。下面以曲线图的形式给出地基的倾斜值。 图4 1 1 地基倾斜值与覆跨比的关系曲线 f i 9 4 1 1i n c l i n eo f g r o u n d w o r k - r a t i ob e 附。d 印t l ia n ds p a nc u r v e 通过曲线图可以发现：在级围岩条件下，只要溶洞地基不达到极限破坏状 态，地基倾斜值均很小，远未达到规范限值5 9 6 0 并且，基底宽度b 越大，产生的 地基变形就越小。 4 5 2 破坏过程及特征分析 基底宽度b 不同，溶洞地基的破坏过程、破坏特征也不同。下面分别以基底 宽度b = i 6 m 、2 4 m 的情况为例说明： 选取基底宽度b = i 6 m ，则极限覆跨比k 。= 1 4 8 。图4 1 2 图4 1 5 分别为 选取极限覆跨比k 。建立分析模型时，所对应的附加沉降、附加水平位移、最小 应力分布图，以及极限破坏状态时的塑性区分布图。 由计算结果可知，选取极限覆跨比k 。建立分析模型时，最大附加沉降为 4 7 5 m m ，最大附加水平位移为0 9 2 8 m m ；最大拉应力为2 1 0 9 k p a ，出现在溶洞顶 部中心点。 从极限破坏状态时的塑性区分布图可以看出：最大的塑性变形出现在溶洞顶部 偏水平力指向一侧。塑性区的发展过程是：首先塑性区出现在溶洞顶部偏水平力 指向一侧，并向上迅速发展；接着塑性区出现在溶洞顶部另一侧，并向上迅速发 展；最后两侧塑性区分别贯通至地表，地基破坏。 4 溶洞地基变形破坏机理分析 图4 1 2 地基附加沉降( 1 3 = 1 6 m ) f i 9 4 1 2s u p e r i m p o s e ds e t t l e m e n to f g r o u n d w o r k ( 1 3 = 1 6 m ) 图4 1 3 地基附加水平位移( b = 1 6 m ) f i 9 4 1 3s u p e r i m p o s e da c l i n i cd i s p l a c e m e n to f g r o u n d w o r ka 3 = 1 6 m ) 重庆大学硕士学位论文 图4 1 4 最小主应力分布0 3 = 1 6 m ) f i 9 4 1 4d i s t r i b u t i n go f m i n i m a lp r i n c i p a ls t r e s s ( b = 1 6 m ) 图4 1 5 极限破坏状态时的塑性区分布( b = 1 6 m ) f i 9 4 1 5d i s t r i b u t i n go f p l a s t i cr e g i o na tt h et i m eo f u l t i m a t ed e s t r u c t i o n ( b = 1 6 m ) 4 8 4 溶洞地基变形破坏机理分析 选取基底宽度b = 2 4 m ，则极限覆跨比k 。【_ 1 4 8 。图4 1 6 图4 1 9 分别为 选取极限覆跨比k 建立分析模型时，所对应的附加沉降、附加水平位移、最小 应力分布图，以及极限破坏状态时的塑性区分布图。 由计算结果可知，选取极限覆跨比k 。建立分析模型时，最大附加沉降为 7 7 6 3 m m ，最大附加水平位移为1 6 9 7 m m ；最大拉应力为1 2 0 0 8 6 妞a ，出现在溶 洞顶部中心点。 从极限破坏状态时的塑性区分布图可以看出：最大的塑性变形出现在溶洞顶 板中偏水平力指向一侧。塑性区的发展过程是：首先塑性区出现在溶洞顶板中偏 水平力指向一侧，并向上、下发展；然后塑性区同时出现在溶洞顶板中另一侧， 并向上、下发展；最后两侧塑性区各自贯通至溶洞顶部、地表，并在地表相互贯 通，地基破坏。 图4 1 6 地基附加沉降( b = 2 4 m ) f i 9 4 1 6s u p e r i m p o s e ds e t t l e m e n to f g r o u n d w o r k ( b - 2 4 m ) 重庆大学硕士学位论文 图4 1 7 地基附加水平位移( b _ 2 4 m ) f i 9 4 1 7s u p e r i m p o s e da c l i n i cd i s p l a c e m e n to f g r o u n d w o r k ( b = 2 4 m ) 图4 1 8 最小主应力分布0 3 = 2 4 m ) f i 9 4 1 8d i s t r i b u t i n go f m i n i m a lp r i n c i p a ls t r e s s ( b = 2 a m ) 5 0 4 溶洞地基变形破坏机理分析 图4 1 9 极限破坏状态时的塑性区分布( b 一2 4 m ) f i 9 4 1 9d i s w i b u t i n go f p l a s t i cr e g i o na tt h et i m eo f u l t i m a t ed e s t r u c t i o n 任 - 2 4 m ) 4 6 覆跨比的代表性分析 4 6 1 覆跨比的代表性 本文选取覆跨比a 作为溶洞地基稳定性和变形的一个影响因素。因为覆跨比 a = h x ，所以其概括了溶洞地基的两项几何特征：溶洞顶板厚度h 、溶洞跨度x 。 另外，覆跨比a 计算公式中不包含溶洞高度y ，意味着在h 、z 都不变的情况下， 无论溶洞高度y 如何变化，覆跨比见都是定值。因此，将会出现如下情况：两个溶 洞地基的覆跨比a 相等，但各自的溶洞顶板厚度h 、溶洞跨度x 、溶洞高度y 各不 相同；各自的稳定性和变形情况也可能会不同。此时，仍采用覆跨比a 作为影响因 素之一，来评价溶洞地基稳定性和变形情况，是否具有代表性呢? 本节将对此进 行专门的分析。 本节分析中，分别以m 、级围岩条件下，选取基底宽度b = i 6 m 、2 4 m 的情 况为例，进行以下三种覆跨比a 变化方式的对比： x - - 2 0 m 不变，y x = o 5 不变，h 变化( 即本文4 4 、4 5 中a 的变化方式) ； h = 1 0 m ( 级围岩) 、2 0 r e ( i v 级围岩) 不变，y x = o 5 不变，x 变化； _ j i = 1 o m ( m 级围岩) 、2 0 r e ( i v 级围岩) 不变，y = 1 0 m 不变，x 变化( 此时y x 随之变化) 。 重庆大学硕士学位论文 4 6 2 结果分析 以下曲线图、塑性区分布图形式，给出计算结果： 图4 2 0 给出的是i i i 级围岩、基底宽度b = i 6 m 的情况下，三种变化方式的 覆跨比a ，与整个输电塔地基倾斜的关系曲线。可以看出：三种变化方式的极限覆 跨比以。分别是_ 缸1 = o 5 4 ，a 。：= o 5 4 ，五h 3 = 0 5 5 。另外，三条曲线在塑性变形 阶段有共同交点，定义此交点为地基倾斜界限值，对应的覆跨比为界限覆跨比兄。 此时的界限覆跨比a = o 8 。 图4 2 0 地基倾斜值与覆跨比的关系曲线 f i 9 4 2 0i n c l i n eo f g r o u n d w o r k - r a t i ob e t w nd e p t ha n ds p a nc u r v e 图4 2 1 、4 2 2 分别是覆跨比a 以第二、三种方式减小，地基达到极限破坏状态 时的塑性区分布图。可以看出，其与覆跨比旯以第一种方式减小，地基达到极限破 坏状态时的塑性区分布图( 图4 6 ) 大致相同。 4 溶洞地基变形破坏机理分析 图4 2 l 极限破坏状态时的塑性区分布( 第二种方式) f i 9 4 2 1d i s t r i b