基于力链分析的水作用下岩溶地基稳定性研究

Under the actions of water in the southern humid area of China, the Karst development is strong and the underground water level is high. So we will study on the stability of Karst foundation under water interaction in this region. Firstly, the morphology and boundary conditions of typical Karst foundation are classified by integrated geophysical prospecting and the collection of project data. Then, DEM experiments and laboratory tests on the samples of rock and soils in Karst foundation will be carried out to analyze the development of force-chain. On the basis, DEM experiments and laboratory tests will be carried out on three typical Karst foundation projects. Next, the relationship of the stability in Karst foundation and the damage of force-chain are proposed. So, we can provide the suggestions about the analysis of stability and optimal design in Karst foundation according to the result of the simulation.

本课题以南方湿润区岩溶地基为研究对象，结合南方湿润区岩溶发育强烈和水位高的特点，基于力链分析，开展水作用下岩溶地基稳定性研究工作。首先通过开展岩溶地基综合物探试验，并收集以往工程资料，分类总结典型岩溶形态及边界条件；开展水作用下典型岩溶典型岩土样品离散元数值试验和室内试验，分析力链在典型岩溶地基中的分布演化规律；在此基础上，选取三个典型岩溶地基工程，开展岩溶地基稳定性离散元数值模型试验和现场试验，修正岩溶地基数值模型试验参数，提出岩溶地基失稳与力链破坏概率的判别条件，为岩溶区地基稳定性分析及优化设计提供参考。

通过开展岩溶地基综合勘探试验，发明新型岩溶地区三维地质建模新方法，建立岩溶地区三维地质模型。在此基础上，分类总结典型岩溶形态及边界条件，建立广东省岩溶塌陷易发区分级图。探讨水作用下典型岩溶地基形态中力链分布演化规律及其对岩溶地基稳定性的影响。通过开展岩溶地基稳定性分析现场试验，修正岩溶地基数值模型试验参数，提出岩溶地基失稳判别与力链破坏概率的判别条件，基于岩溶地基稳定性分析的力链分布情况，建立岩溶地基稳定性分析及计算方法。主要结论包括：①建立了岩溶地面塌陷与碳酸盐岩性分布、土层厚度和水文地质条件的关系，采用岩溶地基综合勘探方法，通过加密探测密度、改进数据处理算法等，探查典型岩溶地基的溶洞分布形态和边界条件，可有效建立典型岩溶地基三维地质模型模型。②提出了岩溶地区地基稳定性离散元计算方法，论证了该方法的可行性，揭示了溶土洞形态等因素对岩溶地基稳定性影响。③在相似的条件下，通过光弹颗粒模拟出岩土体中应力、应变关系，其关系具有高度相关性，离散元模拟软件在分析岩土材料中具有有效性。④基于MATDEM离散元分析软件，试算获取了岩溶地区典型岩土体的离散元细观参数，在此基础上开展岩溶地基稳定性离散元数值模型试验，获取了岩溶地区溶土洞形态、土体抗剪强度、顶板厚度等因素对岩溶地基稳定性的影响。分析了岩溶地区线岩溶率、溶洞顶板厚度和群桩效应对岩溶地区桩基稳定性的影响。⑤通过岩溶地区建筑桩土应力比现场测试试验和力链分析，获取了桩土应力规律，提出了岩溶地区复合地基计算方法。⑥根据力链分析结果，提出一种灌注桩的护壁装置，应用于岩溶地区桩基工程中，取得良好效果。项目成果形成调查结论和一套岩溶地区地基稳定性分析方法，一定程度上克服了岩溶地区地基稳定性难题问题，具有理论参考价值和现实指导价值。成果写入广东省标准《岩溶地区建筑地基基础技术规范》中颁布实施，指导广东省岩溶地区地基基础设计，社会效益和经济效益良好。