广州地铁隐伏型岩溶地基稳定性分析及充填处理技术研究

【摘要】摘要：近年来,广州地区大规模的轨道交通建设,各线均不同程度的穿越岩溶发育区,针对区域岩溶地质环境,开展岩溶地基稳定性与承载力分析,寻求岩溶充填处理新材料、新工艺,对广州市及珠三角地区乃至全国的地铁建设和地下空间开发,具有重要的指导意义。本文在大量国内外文献基础上,对广花盆地的地质形成条件及构造背景、气象水文条件进行了归纳综述；通过模型试验和数值模拟相结合,对隐伏型岩溶地基稳定性包括对盾构施工期间的地基稳定性进行了系统分析；采用室内试验获得注浆浆材配比、现场原位充填注浆加固试验效果验证及数值分析论证手段相结合对新型粘土水泥浆液充填处理隐伏型岩溶地基的可行性进行了研究。本文主要研究内容如下：(1)通过广州地铁主要线路勘察资料的收集、整理和分析,获得了岩溶的空间分布规律；统计分析了各线溶洞首见顶板高度、顶板厚度、溶洞尺寸、位置,提出岩溶地质概化模型；研究了岩溶形成机理、发育规律和影响因素以及造成地面塌陷、下沉的原因。(2)根据相似定理确定相似材料的物理力学指标,选取合适的混合料并进行系列配比试验,最大限度满足相似准则,寻找相似材料的最佳配比；设计了平面应变试验模型,研究了隧道底部溶洞位置的分布对极限承载力的影响,通过逐级施加荷载,获得了岩溶地基渐进性破坏特征,分析周围地层应力和位移的变化规律。(3)基于极限分析上限有限元理论,针对岩溶隧道地基破坏模式可能出现难以精确模拟的剪切带问题,提出了一种单元耗散能密度判定指标的网格自适应加密方法并编程实现,应用该程序对岩溶隧道地基极限承载力展开多工况计算分析,讨论了地基极限承载力及破坏模式的变化规律,与模型试验结果对比,吻合较好。(4)结合依托工程典型地层条件,对地铁隧道施工穿越岩溶地区时的施工过程进行三维有限元数值模拟,分析了地铁盾构施工过程中溶洞的大小、位置、与隧道间距及岩溶洞形状等对岩溶地基稳定性的影响。(5)结合依托工程具体工点,就地取材,现场取土进行了室内粘土水泥浆液的配比试验,对粘土水泥浆结石体的强度和适用性进行研究；在试验段进行了现场充填加固原位试验,获取该类注浆的施工工艺和质量控制措施；并采用数值分析方法对溶洞处理前、后地层的受力和变形进行了分析,结合现场监控量测和检测试验论证了该充填处理方案的有效性。
【作者】雷金山；
【导师】阳军生；
【作者基本信息】中南大学，土木工程，2014，博士
【关键词】广州地铁；隐伏型岩溶；地基稳定性；地铁隧道；相似材料；模型试验；极限分析；粘土浆液；充填加固；

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