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《中南大学》 2003年
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岩溶顶板与桩基作用机理分析与模拟试验研究

刘铁雄  
【摘要】:我国岩溶发育地区分布很广,并且近一些年来国家正在加大基础设施的建设,在工民建、修路、建桥等工程建设之中,经常会遇到复杂岩溶地层,这就给工程施工带来一系列的问题。在岩溶发育地区,灌注桩基的应用越来越广泛,如何选择合适的桩型、桩端持力层以及如何确定嵌岩桩的最佳嵌岩深度与岩溶顶板安全厚度,在工程实践中具有重要的理论意义和现实意义。 本文在参考大量的国内外文献资料的基础上,对岩溶地区嵌岩桩的研究现状进行归纳和总结。在岩溶发育地区,岩溶顶板的安全厚度以及嵌岩深度的取值,决定着岩溶地区嵌岩桩的设计、施工方法以及工程造价。因此,进行岩溶地区桩基与岩溶顶板作用机理分析和模拟试验研究是当务之急。本文在此方面取得了一定的成果。 首先对岩溶地区的狄岩岩性特征进行了综合分析,并对溶洞洞跨与空间几何形态分布规律进行统计,得出了溶洞洞跨与个数分布直方图。并讨论了多个工程实例中,岩溶顶板安全厚度和嵌岩深度的取值。 针对所研究的岩溶顶板与桩基作用系统,对岩溶顶板进行了合理的简化,并提出相应的假设,再根据溶洞顶板的状态以及边界条件,将桩基与溶洞顶板作用系统简化为边界条件和受力状况不同的十个力学模型。应用弹性力学和材料力学的理论,对简化后的桩基与溶洞顶板作用系统的十个力学模型进行了逐一的分析和讨论,并得出了相应的应力及应变表达式。同时讨论了泊松比对计算结果的影响。 综合讨论了嵌岩桩在竖向荷载作用下的承载力标准值的计算公式,并对岩溶发育地区的嵌岩桩竖向承载力特性进行分析和简化,将岩溶地区的嵌岩桩模型简化设计为短桩形式的端承桩。在假定溶洞顶板为一完整的平板状的岩体情况下,分别对基桩的抗冲切、抗剪及抗弯情况作出稳定性分析,认为岩体的抗弯强度是决定岩溶地区桩基稳定性的主要因素。 结合岩溶地区桩基与岩溶顶板的作用机理分析,运用相似理论,提出了建立室内桩基物理模型的试验方案,自主设计并研制了岩溶顶板与桩基模拟试验物理模型,同时结合模型编制了相应的自动测试系统软件。通过试验证明,该物理模型能满足试验要求,自动测试系统能正常地运行,所测参数的精度跟理论计算值吻合良好,证明自动测试系统的可靠性。 在岩性模拟试验阶段,根据现场灰岩的岩体特性以及相应的强度指标,结合相似理论,利用有约束的均匀设计法,选用细砂作为骨料和以水泥、石膏为胶结材料进行灰岩岩性的模拟试验,试验结果证明能基本满足相似条件,可用于制作岩溶顶板模拟试件。 采用不同的试验方案,通过对大量破坏性模拟试验结果的综合分析,提出了岩溶顶板安全厚度验算方法,得出岩溶项板和桩基竖向极限荷载的半经验半理论公式如下:其中修正系数ξ取0.8~1.3。 通过嵌岩桩模拟嵌岩深度的试验,给出了岩溶地区嵌岩灌注桩嵌岩深度 建议值。在岩溶发育地区,嵌岩深度的选取应综合考虑侧摩阻力和顶板结构 内力,一般岩溶地区,当岩面较为平整且上覆土层较厚时,嵌岩深度宜采用 o.Zd或不小于0.2m。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P642

【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘正和;回采巷道顶板切缝减小护巷煤柱宽度的技术基础研究[D];太原理工大学;2012年
2 王旭锋;冲沟发育矿区浅埋煤层采动坡体活动机理及其控制研究[D];中国矿业大学;2009年
3 张绪言;大采高回采巷道围岩控制技术研究[D];太原理工大学;2010年
4 李忠建;半胶结低强度围岩浅埋煤层开采覆岩运动及水害评价研究[D];山东科技大学;2011年
5 史红;综采放顶煤采场厚层坚硬顶板稳定性分析及应用[D];山东科技大学;2005年
6 张百胜;极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究[D];太原理工大学;2008年
7 易四海;特厚急倾斜煤层水平分层开采地表沉陷规律研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
8 唐芙蓉;煤炭地下气化燃空区覆岩裂隙演化及破断规律研究[D];中国矿业大学;2013年
9 王磊;固体密实充填开采岩层移动机理及变形预测研究[D];中国矿业大学;2012年
10 张沛;浅埋煤层长壁开采顶板动态结构研究[D];西安科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭志德;安山煤矿巷道顶板结构破坏机理及其控制[D];西安科技大学;2012年
2 司荣军;综放面顶板(顶煤)分类及应用研究[D];山东科技大学;2004年
3 郑磊;山地浅埋近距离煤层群顶板结构与岩层控制研究[D];山东科技大学;2011年
4 黎敏瑜;居住区地下车库顶板园林景观营造研究[D];华南理工大学;2013年
5 张晖;巨野煤田龙固井田3煤层顶板结构及其影响因素[D];山东科技大学;2007年
6 侯树宏;灵武矿区2~#煤层综放开采覆岩结构研究[D];西安科技大学;2008年
7 别怀庆;土体支承盖挖逆作法施工技术研究[D];北京工业大学;2012年
8 刘丰;盖挖逆作法工程应用实践及施工过程中支撑柱的有限元分析[D];湘潭大学;2013年
9 吴亚杰;软土地基条件下地下室顶板结构方案优选研究[D];浙江大学;2010年
10 郭文;浅埋煤层顶板结构灾害机理研究[D];西安科技大学;2008年
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