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伴随经济平稳快速增长,我国基础建设的需求不断提高,高速公路、铁路网不断扩大密集,交通线性工程将不可避免的穿越不良工程地质条件区域,同时对线路工程施工运营过程中安全稳定性的要求逐步增高。我国是世界上岩溶发育最为广泛的国家之一,岩溶分布广、面积大、类型多。在岩溶区修建高速公路,其路基主要受力范围内,由于附加荷载以及振动的作用,可能导致空洞坍塌,引起其上的路基及其附属构造物发生塌陷、下沉或开裂,将对高速公路产生极为不利的影响。岩溶塌陷作为不良地质条件之一,其形成机理、破坏形式、探测方法、评价方法、处理措施等方面均受到国内外学者的高度重视。其中岩溶路基稳定性评价是目前国内外线路工程建设的技术难题之一,对这一关键问题的理论和实践方面的研究有十分重要的意义。
本文选题乐广高速公路坪石至樟市段岩溶专题项目,总结现有评价方法,对岩溶路基的稳定性做出综合评价,并采取相应的处治措施,对该项目工程的施工设计有一定的指导作用,同时对类似工程起到一定的借鉴作用。主要工作内容如下:
(1)调查研究区的工程地质、水文地质条件,并统计高速公路沿线岩溶发育情况和分布规律;
(2)针对乐广高速公路岩溶专题项目,选用合理的岩溶路基稳定性评价方法;
(3)采用定性评价方法、结构力学近似评价方法和有限元数值模拟评价方法分别对乐广高速A1标段岩溶路基行定稳进性评价。
(4)结合稳定性评价结果和岩溶路基处置原则,制定乐广高速A1标段失稳路基的处置方案;
(5)溶洞处置效果评价。
针对以上主要研究内容,本文主要通过室外调查和室内研究相互结合,理论研究和实际应用相互促进的方法。即在野外地质调查的基础上,掌握岩溶区工程地质条件和岩溶发育情况;通过查阅大量文献,综述现有的岩溶路基稳定性评价方法;简化结构力学抗弯、抗剪模型,近似计算溶洞顶板最小安全厚度和最大跨度;简化地质模型,建立三维有限元计算模型。得到如下结论:
(1)乐广高速公路A1合同段沿线的碳酸盐岩以灰岩为主,为岩溶发育提供丰富的物质基础,且主要发育裸露型岩溶、覆盖型岩溶以及埋藏型岩溶,以覆盖型岩溶为主。岩体表面溶蚀强烈,起伏差很大,对路基稳定不利。
(2)综合分析溶洞顶板厚度、跨度及形态,岩层产状、节理裂隙状况,岩石物理力学指标以及受载情况,评价T9标段的岩溶路基顶板稳定性较差。
(3)通过结构力学近似计算评价方法,得到岩溶极发育K84+960~K87+380段溶洞的最小顶板厚度和稳定性评价查询表3-3。
(4)采用FLAC3D有限元数值模拟方法评价溶洞K87+090,顶板上方塑性变形区基本贯通且路面沉降变形较大,严重影响岩溶路基稳定性。
(5)针对稳定性评价结果,制定岩溶极发育路基段(K84+960~K87+380)针对性处治措施表4-1。设计尺寸为23.2m×28.2m×1.2m的盖板跨越溶洞K87+090,并对两个方向截面进行配筋计算。
(6)通过盖板处治的岩溶路基,再进行数值模拟分析得到溶洞顶板上面塑性区明显减少,路基变形量和沉降值均有所降低,岩溶路基稳定性有大幅提高,处治效果明显。