（岩土工程专业论文）昆明新机场航站区地基稳定性评价.pdf

摘要 昆明新机场航站区地基稳定性评价 作者简介：陈春霞，性别女，1 9 8 2 年1 1 月生，师从成都理工大学赵其华 教授，2 0 0 8 年6 月毕业于成都理工大学岩土工程专业，获得工学硕士学位。 摘要 场地地基稳定性评价是工程选址的重要内容，其目的是为了避免工程盲目建 造在不稳定的地段上，特别是重大的工程项目( 如水坝、核电站、机场等) ，工 程场地地基一旦失稳，将会造成极为严重的后果，冈此场地地基稳定性评价是重 大工程项目建设的前提。正在修建的昆明困际新机场定位为大型枢纽机场，是实 施中国面向东南亚国际大通道的重要项目，作为整个机场核心的航站区，其场地 地基的稳定性问题就成为机场建设首要解决的核心问题。论文在收集自l 人研究资 料和现场实地踏勘的基础上，采用定性与定量相结合的思路，对航站区地基稳定 性进行了系统分析和评价。论文得出以下主要成果： ( 1 ) 结合岩基深层载荷试验结果与规范公式法对航站区地基的承载力特征 进行分析，得出航站区内岩基整体承载性能较好，局部地层( 如c 2 w 地层、断 层带内的碎粒岩、糜棱岩以及断层泥岩) 由于受f 1 0 断层影响，力学性质相对较 差，岩基承载力偏低，无法满足设计要求。 ( 2 ) 通过对航站区地形、地貌、地质构造以及岩体物理力学性质等指标的 分析，总结出航站区地基为典型的不均匀地基，不均匀地基最大的危害就是会引 起上部建筑的不均匀沉降，通过对岩基载荷试验结果分析，证实了这一点。由岩 基载荷试验的p s 曲线可以看出：航站区内岩基不均匀沉降明显，沉降差可达最 小沉降的2 倍左右。 ( 3 ) 航站区岩基总体上被f 1 0 断层分成两大部分：受断层影响的地基以及 未受断层影响的地基。在受断层影响的范围内，岩基的稳定性主要受各类结构面 的控制，其可能的失稳模式为岩基沿各类结构面的组合发牛剪切破坏；而对于未 受断层影响的岩基，其可能的失稳模式即为岩基的整体剪切破坏。 通过h o e k b r o w n 滑移线理论分析得出：航站区内未受断层影响的岩基整 体稳定性好，在上部荷载作用下，不会发生整体剪切破坏。 对于受断层影响的岩基，作者首先对航站区内发育的结构面进行研究，然 后建立可能的剪切破坏模式，最后运用刚体极限平衡理论分析各模式下岩基的稳 定性，结果得出：由于结构面的存在，降低了岩基的力学性能，但是，结构面的 发育没有起到控制性的作用，在工程荷载作用下，岩基不会沿结构面发生剪切破 成都理i ：人学硕十学位论文 坏。综上得出：航站区岩基无论是否受结构面影响，在上部荷载作用下，均不会 发生剪切失稳破坏。 ( 4 ) 航站区岩溶发育强烈。本文在分析航站区岩溶发育分布特征的基础上， 采用定性、半定量以及定量分析等方法对航站区含溶洞地基的稳定性进行了系统 的分析和评价。结果表明：航站区内发育的溶洞从洞体形态上可以分为：圆形溶 洞和椭圆形溶洞两类，其中椭圆形溶洞较圆形溶洞易失稳，且岩体破碎带溶洞较 周围岩体完整的溶洞易失稳。总体来看，航站区内大部分溶洞处于稳定状态，部 分椭圆形溶洞( 特别是f 1 0 断层带附近) 处于不稳定状态，在工程荷载作用下， 容易失稳，从而将会影响到整个岩溶地基的稳定性。 ( 5 ) 作者从系统理论的观点出发，采用模糊综合评判方法对航站区地基稳 定性进行了评价。 首先，为了便于对航站区不同区域地基进行有针对性的评价，在前人研究 的基础上，结合航站区场地地形地貌、地质条件、地基岩土组成等因素对场地进 行工程地质分区，将航站区共分为5 个亚区。 其次，通过对各区地基稳定性影响因素及其层次关系的分析，建立各因素 影响下场地地基稳定性的模糊综合二级评判模型，并给出了各影响因素的隶属函 数。 最后，运用综合分析法，确定各评价指标的权重，并通过模糊评判模型对 各分区地基稳定性进行评判。评判结果表明：航站区地基整体稳定性好，但是在 f 1 0 断层带及其附近的c 2 w 地层的局部区域，由于受构造以及溶蚀作用的影响， 地基处于基本稳定状态。 关键词：承载力稳定性滑移线理论极限平衡法模糊综合评判 a b s t r a c t 1 弋e r m i n a la r e af o u n d a t i o ns t a b i l i t ya s s e s s m e n to fk u n m i n g n e w l yb u i l ta i r d r o m e i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：c h e nc h u n x i a ，f e m a l e ，w a sb o mi nn o v e m b e r ，19 8 2 w h o s et u t o rw a sp r o f e s s o rz h a oq i h u a s h eg r a d u a t e df - r o mc h e n g d uu n i v e r s i t yo f 7 r e c h n o l o g yi ng e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n gm 勾o ra n dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei n j u n e 2 0 0 8 a b s t r a c t a n a l y s i so ff o u n d a t i o ns t a b 订i t yi st h ei m p o l r c a n tc o n t e n to f 。t h es i t es e i e c t l o no f p r o j e c t ，w i t ht h eg o a lt oa v o i dt h ep r o j e c tc o n s t m c to nt h eu n s t a b l ea r e a s o n c et h e e n g i n e e r i n gf i o u n d a t i o nh a sd e s t r o y e d ，i tw i l lc a u s es e r i o u sr e s u l t s ，e s p e c i a l l yt h e1 a r g e s c a l ee n g i n e e r i n gp r o j e c t ( d a m ，n u c l e a rp o w e rs t a t i o n ，a i 叩o r t ) s oi ti sa s l ot h ep r e m i s e o fc o n s t r u c t i o no fl a r g es c a l ee n g i n e e r i n gp r o j e c t k u n m i n gn e w l yb u i l ta i r d r o m ei s l o c a t e dt ob et h eh u g eh u ba i r d r o m en o wu n d e rc o n s t m c t i o n ，i ti st h ei m p o i r t a n tp r o je c t f o ri m p l e m e n t i n gt h eb i gc h a n n e lw i t c hc h i n ao r i e n t e dt o w a r d st os o u t h e a s ta s i a t e r n l i n a la r e aa st h ec o r eo ft h ea i r d r o m e ，i t sf o u n d a t i o ns t a b i l i t yb e c o m e st ob et h e f i r s tp r i o r i t yp r o b l e mf o rt h ea i r d r o m ec o n s t m c t i o n t h i sa n i c l et a k e st h es t a t i s t i c sa n d a n a l y s i so fn e l dm a t e r i a la sb a s e ，a n a l y s e sa n de v a l u a t e st h ef o u n d a t i o ns t a b i l i t yo f t e m i n a la r e ab yq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v em t h o d ss y s t e m a t i c a l l y t h em a i n a c h i e v e m e n tt h a tt h ee s s a yo b t a i n si sa sf o l l o w s ： ( 1 ) c o m b i n e sd e e pl o a d i n gt e s tr e s u l t sa n dn o r m a lf o m u l am e t h o d ，a n a l y s e s t e 门m i n a la r e af - 0 u n d a t i o n sc a r r y i n gc a p a c i t y ，a n dd r a w st h ec o n c l u s i o nt h a t ：t h ew h o l e r o c kf o u n d a t i o n sb e a r i n gb e h a v i o ri sb e t t e r ，b u ts o m eo ft h er o c kf o u n d a t i o n ( j o c a l l a y e r ，g r a n u l i t i cr o c k s ，m y l o n i t ea n df ：l u l tg o u g er o c k s ) w i t c hi n n u e n c e db yt h ef 10 f - a u l t ，i t sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e si sr e l a t i v e l yw o r s e ，a n di t sb e a r i n gc a p a c i t yr e l a t i v e l y l o w ，s oi tc a n tm e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ( 2 ) c o n c l u s i o n sc a nb em a d ef r o mt e r r a i n ，l a n d f o r n l ，g e o l o g i c a is t t l l c t u r e ，a n d r o c km a s sp h y s i c a lm e c h a n i c a l ，t e 肌i n a la r e af o u n d a t i o ni sp r o p e r t yu n e v e nf o u n d a t i o n ， a n dt h em o s th a z a r do f u n e v e nf - o u n d a t i o ni st h eu n e v e ns e d i m e n t a t i o no f b u i l d i n g t h i s i sp r o v e db ya n a l y s i so ft h ee x p e “m e n t a lr e s u l t so fd e e pl o a d i n gt e s t f r o mt h ed e e p l o a d i n 2t e s t sp - sc u i v ec a nw es e et h a tt h eu n e v e ns e t t l e m e n to fr o c kf - o u n d a t i o no f t e 肌m a la r e ai sv e r yo b v i o u s ，t h es e t t l e m e n td i f i e r e n c ec a nr e a c ht oa b o u tt w ot i m e so f t h em o s tl o ws e t t l e m e n t ( 3 ) t e n n i n a la r e af o u n d a t i o na saw h o l eb e i n gi sd i v i d e di n t ot w om a j o rp a r t sb y f10f a u l t ：t h ef o u n d a t i o ne f f e c tb yf a u l to rn o t i nt h er a n g eo fe f f e c tb yf a u l t ，t h e s t d b i l i t yo ff o u n d a t i o ni sc o n t r o l l e dm a i n l yb ya uk i n d so fs t r u c t u r ep l a n e t h ep o s s i b l e i n s t a b i l i t ym o d ei ss h e a r i n g - d e s t r o yo c c u r r e da l o n gt h ed i r e c t i o no fs t l l j c t u r ep l a n e c o m b i n a t i o n q ) t h ec o n c l u s i o nc a nb ed r a w nb yt h ea n a l y s i so fh o e k b r o w n ss l i p - l i n et h e o r y ： t h es t a b i l i t yo ft e n n i n a la r e af o u n d a t i o nw h i c hn o te f ：i e c tb yf a u l ti sw e l l ，e v e nl o a do n u p p e r ，i n t e g r a ls h e a r i n g d e s t r o yw i l ln o to c c u r r e d f o rt h er o c kf o u n d a t i o nw h i c he f r e c tb yf l u l t ：f i r s t l y ，i nt e n n i n a la r e at h e g r o 、v t ho fs t r u c t u r ep l a n ew a ss t u d i e d ，t h e nt h em o d eo fp o s s i b l es h e a r i n g - d e s t r o yw a s b u i l t ，n n a l l y ；t h es t a b i l i t yo fr o c kf b u n d a t i o nw a sa n a l y z e db yr i g i db o d yl i m i t e q u i l i b r i u mt h e o d ，t h ec o n c l u s i o ni s ：m e c h a n i c a lp r o p e r t yo fr o c kf o u n d a t i o nw a s r e d u c e dd u et ot h ee x i s t e n c eo fs t m c t u r ep l a n e ，n o tp l a yar o l eo f c o n t r o l l i n g u n d e rt h e e f r e c to fe n g i n e e r i n gl o a d ，r o c kf o u n d a t i o nw i l ln o to c c u rs h e a “n g - d e s t r o ya l o n gt h e d i r e c t i o no fs t m c t u r ep l a n e f r o ma b o v ew ec a nc o m et ot h ef 0 1 l o w i n gc o n c l u s i o n s ： t e n l l i n a la r e ar o c kf o u n d a t i o nn om a t t e re f f e c tb ys t m c t u r ep l a n eo rn o t ，e v e nl o a do n u p p e r ，t h ei n s t 2 【b i l i t ys h e a r i n g - d e s t r o yw i l ln o to c c u r ( 4 ) t h ek a r s ti sw e l ld e v e l o p e di nt e n n i n a la r e a b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ek a r s t d i s t r i b u t i o nf e a t u r e s ，t h ea u t h o ru s e s q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i sa n d s e m i - q u a n t i t ym e t h o d st os t u d ya n de v a l u a t et h es t a b i l i t yo ft e r n l i n a la r e af o u n d a t i o n c o n t a i n i n gk a r s tc a v e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ee l i i p s ek a r s tc a v ei se a s i e rd e s t r o y e d t h a nt h ec i r c u l a r ，t h ec a v ea r o u n db yb r o k e nr o c k sa r ee a s i e rd e s t r o y e dt h a na r o u n db y t h ei n t a c tr o c km a s s ，m o s to ft h ek a r s tc o v ei nt e r m i n a la r e aa r ei ns t a b l ep o s i t i o n ，b u t p a no ft h ee 1 1 i p s ec a v ea r ea tn o n s t e a d ys t a t e ( i np a n i c u l a rn e a rt h ef10f a u l t ) w h i c h w i l lb ei n s t a b l eu n d e rt h el o a d sa n dt h e na f r e c tt h es t a b i l i t yo ft h ef o u n d a t i o n ( 5 ) t h ea u t h o r e v a l u a t e st e n n i n a la r e af o u n d a t i o n s t a b i l i t yt h r o u g hf u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nf o r mt h et h e o r ) rv i e 、v p o i n t f i r s to fa l l ，i no r d e rt oe v a l u a t et h ed i f r e r e n tr e g i o n s f o u n d a t i o n si nt e n n i n a l a r e a ，p e r t i n e n t l y ，a u t h o rd i v i d e st h ew h o l ea e r ai n t o v es u b r e g i o n s ，b a s e do nt h e a n t e c e d e n tr e s e a r c h e s ，a n dc o n s i d e rt h ef a c t o r so fl a n d f 0 n n ，p h y s i o g n o m y ，g e o l o g i c a l c o n d i t i o n sa n dt h ef o u n d a t i o nr o c ka n ds o i l sc o m p o n e n t s s e c o n d l y ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ff o u n d a t i o ns t a b i l i t yi ne v e r ys u b r e g i o na n d t h eg r a d a t i o nr e l a t i o n s ，aa s s e s s m e n tm o d e lo ft w os t a g ea b o u tt e r m i n a la e r af o u n d a t i o n v ab s t r a c t s t a b i l i t yi sc o n s t m c t e d ，w h i c hi sa a e c t e db yd i f f e r e mf a c t o r s a n dt h ea i i t h o rp u t f o n v a r dt h ef u n c t i o no fe v e r vi n d e x f i n a l l y ，b a s e do nt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i sm e t h o df o rw e i g h td e t e m i n a t i o n ， a n de v a i u a t e st h ee v e r ys u b a r e a ss t a b i l i t yt h r o u g ht h em o d e l t h er e s u l t ss h o wt h a t ： t e m l i n a la e r af o u n d a t i o ns t a b i l i t vi sw e l la saw h o l e 。b u tt h ef o u n d a t i o no ft h ef10f a u l t a n dp a no ft h ec 2 ws t r t aw i t c hn e a rt h ef10f - a u l tz o n ea 行e c t e db yt h ec o n f o n n a t i o na n d d i s s 0 1 u t i o na r ei nr e l a t i v e l vs t a b i l i t v k e yw o r d s ：b e a r i n gc a p a c i t ys t l b i l i t ys l i pl i n et h e o r y l i m i te q u i l i b r i u mm e t h o d f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n v 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，也不包含为获得盛都理工盔堂或其他教 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：降南密 加年6 月锄同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑理王太堂有关保留、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。本人授权盛都堡王太堂 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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：朔霾鏖 一新名宅建咩 1 伽杏年c )月r 第l 章前言 第1 章前言 1 1 选题依据和研究意义 随着我国西部大开发战略的实施，西南地区机场建设进入了迅猛发展阶段。 机场的特点是场地面积大、分布广，跨越的地质和工程地质单元多，涉及的工程 问题也多，而西南地区为全国机场工程地质问题最多的地区。面对复杂的工程地 质条件，场地地基的稳定性问题就成为机场建设首要解决的核心问题，这也是昆 明新机场所需解决的首要问题【l 】。 正在修建的昆明新机场，工程选 址于昆明东北部浑水塘，隶属于昆明 市官渡区大板桥镇，距昆明市区直线 距离约2 4 5 0 k m ，占地面积约 2 6 2 6 l ( 1 1 1 2 。昆明新机场拟分两期建设， 本期用地1 6 9 4 3 亩，本期及远期用地 3 1 5 6 6 9 0 亩；本期规划建设东、西两 条平行跑道，建设规模按波音b 7 4 7 和 空客a 3 4 0 型机种的要求，机场等级为 4 e ；远期规划建设东、西四条平行跑 道，机场等级为4 f 。新机场是实施中 国面向东南亚国际大通道的重要项 目，对推进中国一东盟自由贸易区建 设及大湄公河流域区域经济合作，起 到重点作用1 2 j 。 图1 1 昆明新机场位置示意图( 据西勘院) 昆明新机场航站区位于机场的中部( 偏南) ，东西两侧为跑道区，北侧为停机 坪，南侧为站前广场和工作区，根据勘察资料显示：昆明新机场场区内8 0 左右 区域出露碳酸盐岩地层，岩溶中等强烈发育，地表岩溶表现为岩溶洼地、漏斗， 地下岩溶主要表现为强溶蚀破碎带和溶洞，荷载作用下岩溶顶板稳定性成为场地 稳定的关键；同时，航站区内发育一长约6 k m 的f 1 0 断层，它不仅是整个场地 的的地质分界线，同时也是场地不同地质单元的分水岭。f 1 0 断层在场区内形成 宽几十米的断层破碎带，造成整个场地地基的不均匀性。另外，由于构造作用， 断层带内的岩体的物理力学性质相对较差，且大量的溶洞基本都发育在构造线或 强溶蚀带附近，溶蚀作用较强，裂隙发育，故其稳定性较差，易发生失稳的可能。 成都理1 ：人学硕十学何论文 综上，岩溶地基稳定性和断层通过带地基稳定性等问题是昆明新机场航站区 主要的工程地质问题。在工程治理措施不当的情况下，可能诱发地质灾害的发生。 因此，对航站区内工程地质条件及其稳定性进行分析，寻求科学、合理、有效的 防治措施，具有重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 岩溶地基稳定性评价方法研刭3 - 9 】 目前，评价岩溶地基稳定性的方法多是定性的、经验性的。岩溶地基稳定性 评价多是采用岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 1 2 0 0 1 ) 和建筑地基基础设计规范 ( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 中的有关定性评价，即使是定量评价也大多参考工程地质手册 ( 第三版) 中所推荐的计算方法。以下对目前岩溶稳定性评价的主要方法做简单的 介绍： 1 2 1 1 定性分析评价 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。 ( 1 ) 综合分析法。该法可根据洞隙各项边界条件，对比表1 1 所列影响洞体的 诸因素进行综合分析并做出评价。 表1 1 溶洞稳定性定性评价方法 影响冈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 岩性及厚度厚层块状、强度高的岩彳i 岩性较软 岩体产状走向与洞轴止交或斜交、倾角平缓走向与洞轴平行、陡倾角 有断层通过、裂隙发育、岩体被两组以 裂隙状况无断裂、裂隙不发育或胶结好 上裂隙切割、裂隙张开、岩体警平砌状 洞穴形态及洞体小( 与基础尺寸相比) 、早竖向洞径人、扁平状、复体相迮、埋藏浅、 埋藏条件延伸状、单体分布、埋藏深在基底附近 顶板岩层厚度与洞径比值人，顶板顶板岩层厚度与洞径比值小、有：悬挂岩 顶板情况 早板状或拱状、可见钙质沉积体、被裂隙切割且朱胶结 朱充填或? p 充填、水流冲蚀填物、洞中 充填情况密实沉积物填满且无水冲蚀的可能 见有近期塌落物 地卜水无水流或间歇性水流、流速火、有承压性 ( 2 ) 经验比拟法。该方法根据评价对象的洞隙条件，与条件相似的己有成功 第l 章前言 或失败工程实例进行类比评价。 1 2 1 2 半定量分析评价 目前己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界条件与性能 指标。因此，定量评价方法的应用在工程实践中受到很大的限制，而半定量的评 价方法较为实用，且目前也在不断的探索提高( 表1 2 ) 。 表l - 2 溶洞稳定性半定量分析评价方法 分析评价方法土要特点 结构该法常川丁稳定围岩，根据近似的水平投影跨度l 利顶部最薄处厚 力学 顶板厚 度h ，求山厚跨比h l ，作为安全厚度评价依据，不考虑顶板形态、荷 近似 跨比法 载人小和性质。 分析估算顶板安 分别计算顶板抗剪及抗弯厚度，考虑均布荷载及单个洞体形态特征 法 全厚度法 该方法认为洞顶坍塌后，塌落体积增人，当塌落到一定高度时，洞体 坍塌填塞法白行填满，无需考虑其对地基的影响，塌落高度再加适当的安全系数， 散体便为顶板安全厚度。 理论该法认为松散层坍塌形成空洞，引起同岩强度降低，同岩应力重分布 分析经验公式法及空洞戍力释放，形成松弛带，具有平衡拱作川，再据经验公式计算， 法 考虑荷载及同岩类别。 据坍塌体平衡条件导山公式，计算此坍塌平衡的最小厚度，考虑散体 坍塌平衡法 内摩擦角、粘聚力、容重等。 电阻应变片 对已夼明的浅层洞体沿纵横洞轴方向贴设电阻戍变片及布置挠度测 量，在加荷过程中追踪测量，根据测得的最人戍力与岩体抗剪强度对 试验 测试法 比，若后者人丁前者的5 1 0 倍，则认为岩溶洞体的顶板是可靠的。 测试 在有代表性的浅层洞体上通过试验了解在特定条什卜洞体的变形特 法 征、破朔：形式利顺序。此外，通过试验可以反求顶板岩体参数，建讧 载荷试验法 它与岩样强度指标、岩体纵波波速等的相关性，借此评价其他洞体的 稳定性。 对丁完整的水平顶极参照桥梁设计规范，假定荷载按3 0 0 3 5 0 扩散角 荷载传递线交汇法向卜传递，此传递线交丁顶板与洞艟的交点以外时，即认为溶洞洞肇 直接支承顶板上的外荷与白重，顶极是安全的。 1 2 1 3 定量分析评价 此法因涉及岩土体力学参数和边界条件甚多且不易确定，故一般先由假定条 件建立相应的物理力学模型或数学模型，再进行分析计算，掘结果对岩溶溶洞稳 成都理1 ：人! 学硕十学位论文 定性作出评价和判断( 表1 3 ) 。 表1 3 溶洞稳定性定量评价方法 分析评价方法主要特点 k 为抗塌力和致塌力之比，当k 1 5 时，岩溶地基稳定；当k 1 时，岩 稳定系数法溶地基不稳定。主要考虑岩士体的容重、均布外荷载、十柱横截面直径、 十柱高度。 普氏压力拱 适川于上覆岩土层厚度h ( 2 0 2 5 ) h l 的深埋洞体，在岩土体中可以形成自 然平衡拱( 压力拱、塌落拱) ，压力拱高h l ，与洞跨度2 b 和洞高h o 以及土 理论分析法 层内摩擦角及坚同系数f 有关。 目前，有限元法已广泛应州丁地基基础i ：程，地下i 程等领域，是分析岩 土工程问题最有效的方法之一，但大多数有限元程序都是针对结构问题开 有限元数值发的，用于岩溶方面的实例并不多见。德国的h e i n zk o n i e t z k y 等刖a n s y s 模拟分析法成功地对德国的岩溶地区高速磁浮列乍产生的振动进行了三维数值模拟， 并考虑了水位因素。在国内铁道部第二勘测设计院曾j h j 有限元的方法对铁 路路基下遇到洞穴时的静力稳定问题进行了二维数值模拟与评价。 上述各种分析方法，都是针对洞体单体而言的，对丁整个岩溶i 又：地基稳定 性的评价，学者廖如松根据岩溶塌陷成冈和形成条件，应用数学地质方法， 廊用统计法提出了一种定量评价和预测岩溶塌陷的方法逐步判别分析法。同时，项式 均等在应用地质定性分析基础上结合多元统计的定量方法，得山一种对岩 溶塌陷i 又：发展趋势预测和评价的有效方法。 总体说来，目前国内岩溶地区的工程建设，对建筑地基的勘察、设计和施工， 其经验方法手段多于理论方法手段、定性分析评价多于定量分析评价。因此，对 岩溶区溶洞对建筑地基稳定性的影响因素和判别方法、岩溶地基承载力、岩溶地 基沉降变形及岩溶地基处理等尚需进行系统科学的研究。 1 2 2 岩石地基承载力确定方法研究1 0 。1 1 】 目前，确定岩石地基承载力的方法主要有载荷试验法、相应的规范公式法以 及理论公式法。 1 2 2 1 岩基载荷试验法 岩基荷载法被认为是最可靠最直接的岩石地基承载力确定方法，但其成本较 高，工期较长，难于在工程实践中推广。由于岩石地基承载力较高，一般来说， 对于岩体基本质量等级为级和v 级完整、较完整的软岩( 极软岩) ，以及破碎、 极破碎的岩石，或对地基承载力和地基变形有特殊要求时，可进行岩基载荷试验， 并按建筑地基基础设计规范g b5 0 0 0 7 2 0 0 2 附录h 的要求来确定岩石地基承 载力。 第1 章前言 1 2 2 2 根据岩石室内饱和单轴抗压强度 根据建筑地基基础设计规范g b5 0 0 0 7 2 0 0 2 第5 2 6 条规定：对于完整、 较完整和较破碲的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度按该规 范的式( 5 2 6 ) 确定，这也是当前工程勘察中最常用的方法。 ，= 97 囔 式中： ，a 一岩石地基承载力特征值； 体一折减系数； ， ，庸一岩石单轴饱和抗压强度 1 2 2 3 根据理论公式确定地基极限承载力 根据岩石的强度理论采用理论公式计算地基极限承载力的方法主要可归纳 为三类：极限平衡法、有限单元法和极限分析法。 ( 1 ) 极限平衡法 极限平衡法属于比较传统的地基承载力分析方法。该法的一个主要优点是它 能够很方便的处理复杂的土质剖面、渗流和外荷载条件等，它假定土破坏时服从 理想塑性莫尔库仑定理。很多著名的学者运用该法提出了地基承载力公式，如 p r a n d t l ，k t e r z a g h i ，v e s i c ，a w s k e m p t o n 及m e y e r h o f 等。但该法并不能总是满足 静力平衡条件和上体强度条件，并且不能对地基的应力、变形作全面的分析，同 时对于复杂的地基，如非均质或各向异性材料形成的地基，极限平衡法是无能为 力的。8 0 年代由斯图加特大学p e t e rg u s s m a n i l 教授创立了岩土工程极限分析的 运动单元法( k i n e m a t i c a le l e m e n tm e t h o d ) 。运动单元法认为，对于所有假设塑性 滑动区和最危险滑动面，真f 的最危险塑性区和滑动面对应的安全系数最小。该 方法通过严格的自动搜索过程寻找满足约束方程和边界条件的最小安全系数并 确定塑性滑动区和最危险滑动面，根本上提高了岩土工程极限分析结果的精度与 可靠性。 ( 2 ) 有限元法 随着岩土理论、现代计算技术及计算机软、硬件的飞速发展，有限元法的计 算精度得到很大程度的改善，耗费的计算机时也大为缩减，有限元的计算软件同 臻成熟。这些都为有限元法在地基极限承载力分析中的应用提供了有力的支持。 与传统的极限平衡法相比，有限元法的优点可总结为： a 破坏面的形状或位置不需要事先假定，破坏自然地发生在土的抗剪强度 不能抵抗剪应力的地带； 成都理i ：人学硕十学位论文 b 由于有限元法引入变形协调的本构关系，因此也不必引入假定条件，保 持了严密的理论体系； c 有限元解提供了应力和变形的全部信息。 有限元法在求解地基承载力问题上的方法主要有： 按照弹塑性理论，对地基进行有限元分析，得出地基内部完整的应力应 变、变形成果，可以预测地基由弹性变为塑性的完整演进过程，为地基承载力设 计、施工方法提供依据。 引入各部位抗剪安全系数的概念，如对平面应变问题用莫尔库伦强度准 则，面上的抗剪安全系数为： 只：曼 f 式中：丁一相应于潜在滑移面上的剪应力； s 一相应于潜在滑移面上的抗剪强度。 只 0 。： 、 焱 f 矿 = 咫 ，岁 淑 、二。- 、y ：憋 一 图3 2 航站区f t o 断层工程地质平面图 3 3 航站区地基承载力分析 f 1 0 断层地衰边界线 团推嗣背斛 ：三三 宴_ 地层，| 墁 ：三刁推一地层再墟 圈地层产状 羽逆斯层 幽正断层 三刁患伏新层 团背辩 园囵向斟 岩石地基常常被选作为基础的地基持力层，尤其是桩基础的持力层，其承载 力受岩块强度、岩体结构面、基岩面起伏、基础类型、基础尺寸和形状等因素影 响。目前，岩石地基承载力的确定方法主要有岩基载荷试验法、规范公式法以及 理论公式计算法。 3 3 | 1 岩基深层载荷试验法 岩基荷载法被认为是最可靠最直接的岩石地基承载力确定方法，但其成本较 ro。 ；o，吣盛 小一惑 成都理，i ：人学硕十学位论文 高，工期较长，难于在工程实践中推广。另外由于岩石地基承载力较高，一般来 说，岩体基本质量等级为i v 级和v 级完整、较完整的软岩( 极软岩) ，以及破碎、 极破碎的岩石，或对地基承载力和地基变形有特殊要求时，可进行岩基载荷试验， 并按地基基础设计规范g b ( 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 附录h 的要求来确定岩石地基承 载力。 昆明新机场航站区基础形式初步设计为人工挖孔嵌岩桩。为了确定持力层岩 基的力学指标，中国建筑西南勘察设计研究院在航站区进行了1 4 组岩基深层载荷 试验，深层载荷试验各试验点分别落在各岩层的中风化岩体上，结果如下表3 1 。 表3 1昆明新机场航站区基岩深层载荷试验结果表 桩号地层 承载力特征值f a k ( k p a )试验极限承载力( k p a ) 工程荷载( k p a ) s z l p 1 y i 3 3 3 31 0 0 0 08 3 5 s b 4 较破碎 3 3 3 3 9 0 0 03 2 1 3 s b 23 3 3 31 0 0 0 0 2 5 9 2 p l y l s b 34 9 7 61 4 9 2 91 9 3 4 较完整 s b l3 3 3 3 l 0 0 0 01 9 3 5 s z 22 7 7 68 3 2 97 3 5 0 c 2 w s b 7 2 7 7 68 3 2 92 7 5 0 破碎 s b 62 7 7 68 3 2 95 5 1 6 s b 84 1 3 81 2 4 1 43 0 6 8 c ，w s b 9 4 1 3 81 2 4 1 45 4 1 8 较破碎 s b l o4 1 3 81 2 4 1 45 7 1 7 s b l p 4 4 0 01 3 2 0 05 5 8 4 f 1 0 断 s b 2 p4 4 0 0 1 3 2 0 05 3 5 9 层带 s b 3 一p4 4 0 01 3 2 0 05 7 8 4 第3 章航站i 爻：断层通过区地基稳定性分析 p 1 ，二叠系阳新组栖霞段灰岩i p 1 d 二叠系倒石头组泥岩 c 2 w 石炭系威宁组石灰岩 岩基深层载荷试验点 图3 - 3 航站区岩基深层载荷试验布置图 据建筑地基基础规范( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) ，地基的承载力应满足下式要求： 仇无 ( 3 一1 ) 式中：仇一相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值； j 卜修f 后的地基承载力特征值。 对于嵌岩桩，上部荷载主要通过桩端阻力( 基底反力) 、桩侧阻力以及承台 下地基土提供的竖向弹性抗力三大部分来承担。由上表可以看出，p l y l 岩层在未 成都理i ：人学硕十学位论文 考虑桩侧阻力以及承台下地基土提供的竖向弹性抗力的情况下，仅基础底岩基承 载力就可以满足工程荷载的要求。这说明在上部荷载作用下，p l y l 地层的承载力 完全能够满足设计要求。 对于c 2 w 地层和f 1 0 断层带的岩基，要评价其承载力是否满足设计要求， 首先要求得上部荷载作用下基础底面处的平均压力值。以上分析可知，上部荷载 主要通过端阻、侧阻以及承台下地基土的竖向抗力三部分来承担。其中桩侧阻力 又分为桩侧土摩阻力和嵌岩段的侧阻力两部分。当穿越土层为淤泥质土、欠固结 的粘性土、松散的无粘性土、回填土、膨胀土、震动可液化的土层，以及一些稳 定性较差的土层，如边坡地区、断层破碎带、岩溶发育区、矿床采空区、冲刷地 带等地区的土层，为保守起见，可以不计算桩侧土的摩阻力。此时可以根据铁 路桥涵地基和基础设计规范( t b l