文摘

下垂基石天坑时发生在中国的江西省建设上面的昌黎高速公路浅层岩溶洞穴。它被选为例探讨失效机理和潜在的进化。研究区域的地应力测量和数值再现。Hoek-Brown强度参数获得的实验室测试。建立了应变软化本构模型根据应变软化行为由三轴试验的标本展出。应力-应变曲线的标本被数值方法再现。然后,基岩下垂灰岩坑在岩石应变软化引起的路堤施工模拟。发生应变软化区及其过渡到剩余区域观察,分为四个阶段。四个阶段的应力路径进行分析。有趣的是,在这种情况下,支持两端的基石开始从顶部和屈服延伸向下,而中跨位置开始从底部向上和扩展,产量和产生的原因与紧张有关。 Further analysis found that the failure mode was basically consistent with the size and direction of the bending moment. In fact, this failure mode was quite similar to a fixed supported beam. Then, the feasibility of calculating the stability of karst caves based on beam assumptions was discussed. Finally, potential evolution of the bedrock sagging sinkhole was discussed.

1。介绍

在岩溶地区,下垂的基岩通常是由解散诱导可溶性岩石或工程施工干扰。这些沉降机制产生基岩下垂灰岩坑(1]。碳酸盐岩和蒸发岩是两个主要类型的可溶性岩石。由于岩性的差异,灰岩坑碳酸盐岩溶地区不同于那些在蒸发岩岩溶地区。在蒸发岩岩溶地区,灰岩坑显示活动显著高于碳酸盐岩岩溶地区很大程度上是由于这样的事实,蒸发岩比碳酸盐溶解快得多(2]。在中国,可溶性岩石主要是碳酸盐岩(如石灰石、白云石)溶解度较低和较高的机械强度3]。然而,随着快速城市化、灰岩坑引起工程建设已成为一个重要的问题。

调查的沉降机制在澳大利亚雪山公路,钻探调查,电磁法和探地雷达(GPR) Rumbens用来确定地下岩溶空洞的程度(4]。在江原道Sol-an隧道施工期间,韩国、水侵入和支持崩溃伴随着排水口及沉降歌等人于2012年被确定(5]。地球物理方法用于识别的程度腔网络。风扇等人分析了岩溶中国Yichang-Wanzhou铁路隧道的特点和治疗方法(6]。桩基、钢筋钢管桩结构全剖面预灌浆加固,介绍了锚网喷淋保护和其他计划。广东地铁9号线、漏防渗墙是观察当挖掘的岩溶的形成。排水、灌浆等崔等人提出的方案来减轻损失(7]。中国广西辑里村,地理信息系统(GIS)被周等人调查第二次岩溶灰岩坑的易感性8]。十大灰岩坑相关因素和逻辑回归模型进行评估。利用上界定理,公式确定最小安全距离溶洞与隧道黄等人于2017年被发现(9]。

丰富的研究工程建设引起的灰岩坑,基岩松弛引起的灰岩坑昌黎公路的建设被选为案例研究。昌黎高速公路是连接南昌城市主干道,双力城市。岩溶洞穴在高速公路路基施工前进行调查。防止公路崩溃造成的潜在的灰岩坑,厚0.5米连续钢筋混凝土板上面建造堤坝。作为一个被动的工程措施,这个过程可以防止高速公路的突然崩溃。

分析基岩下垂深坑出现在昌黎公路、地质条件和原位应力研究的区域进行调查。基于无侧限抗压强度测试,巴西分割测试,和三轴试验,得到Hoek-Brown强度参数,建立了应变软化模型。应变软化行为观察到三轴测试数值重现。然后,基岩下垂排水口在岩石应变软化引起的路堤施工模拟。根据软化指数,基岩分为弹性区,应变软化区和剩余区。发生应变软化区及其过渡到残余区进行了分析。跨中位置的应力路径和支持两端的基岩进行分析。应力路径的相似点和不同点的应变软化模型和弹塑性模型进行了综述。应变软化的弯矩数值模型,简支梁模型和固定支撑梁模型计算。最后,进一步讨论了基岩下垂天坑的进化。

2。地质条件

2.1。岩性

昌黎公路位于Pingxiang-Leping EW-trending萧条区,在扬子板块与华南褶皱带。Pingxiang-Leping萧条区主要由沉积岩(石灰石、砾岩、泥质粉砂岩和砂岩)和变质岩(千枚岩、凝灰质砂岩和板岩)晚古生代二叠纪。的主要地形是由侵蚀与剥蚀形成的低山和丘陵。

研究区以西大约150公里的南昌,中国。研究露头区主要是第四纪粉质粘土沉积物(Q₄^埃尔口组石灰岩(P)和二叠纪低_lm),如图1。岩性从上到下是:(我)第四纪粉质粘土沉积物:它是由少量的粉质粘土砾石。主要的颜色是黄色或棕红色。沉积厚度从0到12米不等。(2)二叠纪低口组灰岩:岩溶洞穴在中等细粒度的石灰岩形成统一的成分。岩体的特征是一个块状结构和中等风化表面。主要的颜色是灰色的。

2.2。水文

地表水主要是地表径流,来源于大气水和基岩裂隙水。地下水主要为基岩裂隙水,在风化基岩主持。它主要由孔隙地下水充电。地表水和地下水稀缺。下面的钻孔地下水位检测是山洞。

蒸发岩岩溶地区基岩松弛引起的灰岩坑一般解散蒸发岩(10- - - - - -12]。在碳酸盐岩岩溶地区碳酸盐岩的溶解是慢得多比蒸发岩由于碳酸盐岩在水中的溶解度通常低于0.1 g / L (1]。考虑到上述因素,本文假定石灰石的溶解可能被忽略在高速公路的建设和服务时间。

2.3。岩溶特征

碳酸盐形成江西,中国,大多是埋在第四纪沉积物的形成。埋藏岩溶曾经暴露在二叠纪然后葬在第四纪。大多数岩溶洞穴在自然条件下保持稳定,直到他们被表面工程建设。很少有报道在过去江西省的灰岩坑。然而,近年来有逐渐增加,主要集中在工程建设引起的灰岩坑。例如,基岩松弛引起的塌方是公路建设在丰城,结算的最多12厘米(13]。联华县建筑被建造诱导基岩下垂天坑和解的最多4毫米(14]。沿着高速公路长今,基岩下垂天坑最多6厘米的沉降观察现场K940 + 200,而基岩崩溃坑的深度观察10米现场K940 + 750 (15]。

井钻井和电气电阻率层析成像(ERT)被用来确定岩溶洞穴的程度。使用温纳的ERT调查进行数组。安排测线沿着地质剖面图(图1)。原位测量视电阻率值反向获取ERT概要,并顺利使用反转过程Res2Dinv不同电阻率值。井钻探结果集成了ERT概要文件来确定地质剖面,如图2。

地质剖面图如图3。没有地质问题,如山体滑坡和泥石流,在研究区域。然而,路堤施工可能摧毁地下岩溶洞穴和诱导灰岩坑。洞穴A和C是空的洞穴深处埋葬和厚基岩。洞穴B是一个装洞穴和浅埋薄基岩。洞穴的填充B第四纪时代主要是粉质粘土。路基施工后,两个洞穴和C保持稳定,而非凡的地面沉降观测高于洞穴B .本文主要侧重于洞穴B因为这个洞穴上面的基岩路堤施工期间下降。几个地面裂缝(图1),最高约14毫米的沉降观察在这个网站。

3所示。讨论Hoek-Brown强度参数

3.1。Hoek-Brown强度准则

许多古典岩体分类系统,如岩体评级(RMR)系统,Q-system,和地质强度指数(GSI)系统,开发了多年。最近,一种新型岩体分类系统提出了喀斯特Andriani和2017年麻省理工16]。摘要古典GSI系统和Hoek-Brown强度准则。

可以表示为Hoek-Brown强度标准 在哪里σ_ci是完整岩石试样的单轴抗压强度。的参数年代和一个是由地质力量指数GSI和参数米_b是由GSI和材料常数米_我,见方程(2)。

助教值与风化条件和岩石结构。的米_我值反映了岩石的硬度和只与岩性有关。Hoek发表了表(17为确定GSI和米_我基于风化、岩石结构和岩性。然而,这些表只提供经验值,不符合特定场地情况。 在哪里D是干扰指数。的价值D范围从0(未扰动岩体)到1(扰动岩体)。隐谷和Carranza-Torres提出了几个经验的选择指南D(18]。如果通过隧道掘进机开挖或控制爆破在优良的品质和岩石扰动很小,的价值D建议是0。如果爆破质量差和岩石遭受重大干扰,的价值D建议为1。一般来说,实验室测试不涉及爆破、开挖等干扰。因此,干扰因素D实验室测试被认为是0。摘要路堤离地面。路堤和碳酸盐岩地层之间有厚的第四纪沉积物的形成。因此,假定路堤施工的干扰很小。干扰因素D路堤施工是假定为0.1 (19]。

两种类型的核心样本可以从该网站钻:完整的岩石样本和岩体样本和随机分布的关节骨折,如图4。通常,GSI完整岩石样品的价值可以认为是100年,而岩体样品是不容易确定。自米_我只是与岩性、岩体完整岩石样品和样品相同吗米_我价值。

为了简化写作,在这里,我们定义了一个参数向量Θ=(助教,米_我)。一个简单的方法来确定Θ是测试不同围压下的岩石强度。然后,使用方程(1)以适应强度曲线。的解决方案R²(Θ(助教,米_我)被标记为最大的Θ^∗= (GSI^∗, ),也就是说,Θ^∗= arg max {R²(Θ(助教,米_我)]}。然而,R²(Θ(助教,米_我)往往有多个极值在大多数条件。是很常见的遇到多个解决方案R²(Θ(助教,米_我)在拟合达到极值,这使得参数向量Θ很难确定。

为了克服这个问题,一种间接方法来确定Θ本文提出了如图5。包括以下的假设:(1)干扰因素D实验室检测为0;(2)GSI完整岩石的值是100;(3)完整岩石和岩体有相同的σ_ci价值和米_我值(18]。

对完整岩石,GSI值为100。根据方程(2),我们得到米_b=米_我,年代= 1,一个= 0.5。因此,只有一个未知参数,米_我,需要确定。失败后拟合曲线的完整岩石的价值由方程吗= arg max {R²(Θ(GSI=100年,米_我)]}。然后,可以通过方程的参数向量Θ^∗(完整岩石)=(GSI=100年, )。

的米_我岩体的价值被认为是平等的与完整岩石。因此,只有一个未知参数,助教,需要确定。失败后拟合曲线的岩体,助教的价值^∗由方程GSI吗^∗= arg max {R²(Θ(助教,米_我= )]}。然后,可以通过方程的参数向量Θ^∗(岩体)= (GSI^∗, )。

3.2。测定Hoek-Brown强度参数

无侧限抗压强度试验、巴西分割测试和岩石样本进行了三轴压缩试验。疏松的不排水三轴试验是进行路基填料和粉质粘土样品。路基施工是在一个月内完成。然而,它通常需要数年的路堤填料和粉质粘土完全合并。粉质粘土的渗透非常小,其排水施工是被忽视的。因此,进行未固结不排水三轴试验。

确保材料的可靠性参数,三个样本测试,然后测试结果平均消除错误。三个无侧限抗压强度测试,三个巴西分割测试,和18三轴测试进行了完整的岩石和岩体样本,分别。圆柱样品直径50毫米和25毫米的高度在巴西使用分割测试。圆柱样品直径50毫米和100毫米的高度使用的无侧限抗压强度和三轴测试。围压的三轴测试5、10、15、20、30、40 MPa,如图6。总共15三轴试验进行了路堤填和粉质粘土样品,分别。围压的三轴测试是100,150,200,250,300 kPa。

总结了测试结果表1。在表中,E杨氏模量,泊松比,ρ是密度,φ是摩擦角,c凝聚力,UCS无侧限抗压强度,σ_{“透明国际”}是分裂的力量。

收集完整岩石样品表面轻微的风化BH2和BH3 3 m在洞穴B和C与中等风化岩体样品表面收集BH2和BH3洞穴上方3 m A和C。

根据单轴测试,σ_ci= 120 MPa。后(图拟合计算6),我们得到= arg max {R²(Θ(GSI=100年,米_我)]}= 13;R²(Θ(GSI=100年, ))= 0.98。拟合曲线是黑色实线在图6。根据Hoek发表表(17,20.),米_我价值中等细石灰是12 + 3,这是本文拟合结果非常接近。

根据假设,岩体和完整岩石具有相同σ_ci价值和米_我价值。因此,对于岩体,只有一个未知参数,助教,需要确定。拟合计算后,我们获得助教^∗= arg max {R²(Θ(助教,米_我= )]}= 88;R²(Θ(GSI^∗, ))= 0.95。拟合曲线是红色实线在图6。

替代Θ^∗(完整岩石)=(GSI=100年, )和Θ^∗(岩体)=(GSI^∗, )在方程(2),Hoek-Brown完整岩石和岩体的强度参数可以确定。确定Hoek-Brown强度参数如表所示2。

3.3。与Hoek发布的表

没有测试数据,助教和的值米_我通常由Hoek发布的表(17,20.]。使用GSI和米_我值由Hoek发布的表,绘制在图估计强度范围6。在图中,灰色区域表示估计完整岩石的强度范围,和蓝色区域代表估计岩体的强度范围。完整岩石的强度估计范围基本上是与拟合结果与测试结果一致。然而,估计岩体的强度范围明显低于拟合结果和测试结果,Hoek发布的表中显示经验值并不总是符合特定站点的情况。在这种情况下,GSI范围岩体由Hoek发表的表是50 - 60,这明显小于拟合结果(GSI = 88),见表3。同样,Andriani和麻省理工认为古典岩体分类系统可能不适合在岩溶地区,尤其是当岩石受到岩溶过程的影响(16]。

3.4。与莫尔-库仑强度准则进行比较

莫尔-库仑强度准则是用来适应模型和结果进行了比较与Hoek-Brown强度准则,如图6。黑色虚线代表针对摩尔-库仑强度准则的拟合结果的完整岩石的测试结果。的R²= 0.91明显低于的拟合结果Hoek-Brown强度准则。红色虚线代表的拟合结果莫尔-库仑强度准则的岩体测试结果。的R²= 0.86也明显低于的拟合结果Hoek-Brown强度准则。

根据拟合曲线,无条件刺激与条件刺激σ_{“透明国际”}值预测和表中列出4。结果表明,莫尔-库仑强度准则预测的UCS价值大约是10%低于试验值,和σ_{“透明国际”}针对摩尔-库仑强度准则值预测的测试值的两倍。的预测值Hoek-Brown强度准则通常是接近实验值,除了岩体的预测UCS值略小于试验值。

4所示。测试和模拟应变软化行为

4.1。在实验室测试中应变软化行为观察

图7演示了一个三轴试验应力-应变曲线记录。在测试、岩石经历了弹性状态,应变软化状态,剩余状态(21先后。在弹性状态下,应力随应变屈服极限σ₁^峰是达到了。在应变软化状态,压力逐渐降低残余强度σ₁^res。剩余的状态,周围的压力波动残余强度σ₁^res。

图8显示之间的关系σ₁^峰,σ₁^res和围压σ₃。的助教^峰弹性状态和GSI的价值^res剩余价值状态与Hoek-Brown强度数据拟合得到的强度准则。助教的值和强度曲线应变软化后显著降低。

在测试中,杨氏模量是用E用,而模量下降米,如图7。图9显示的趋势米。随着围压的增加,米逐渐减少,应变软化状态延长,postpeak压力下降速度慢了下来。

4.2。应变软化模型

岩石样品现场钻在实验室测试中表现出明显的应变软化行为。显然,这不能简单地由一个弹塑性应力-应变关系模型。因此,应变软化模型被选中,如图10。

软化指数η可以以不同的方式定义。一个流行的方法是将它定义为塑性剪切应变( ),这是减去小的塑性应变主要( )从第一主塑性应变( ),也就是说,

软化指数,标志着从软化状态过渡到剩余状态表示η^∗。正如图所示10 ()处于弹性状态,软化指数的值将保持为零。在应变软化状态,范围从0到η^∗。残余状态,价值会大于η^∗。所建议的阿隆索et al。22),参数η^∗可以估计 在哪里K_ψ的膨胀系数吗 在哪里ψ表示膨胀。的系数ψ可以确定通过以下表达式(17]:

强度参数米_b,年代,一个是假定为分段函数的软化指数吗η: 在哪里ω代表一个强度参数,可以取代米_b,年代,或一个。的峰值ω^峰通过替换GSI = GSI吗^峰在方程(2)。剩余价值ω^res通过替换GSI = GSI吗^res在方程(2)。

4.3。数值繁殖的应变软化行为

通常是有用的运行一个简单的测试所选的材料模型之前将它集成到一个全面的数值模型。对于这个目标,选定应变软化模型集成到一个使用FLAC数值模型来模拟三轴试验^{3 d}软件。圆柱模型与直径50毫米和100毫米的高度在数值模拟中使用。材料参数如表所示1和2。模型的底部边界节点是固定的垂直和水平。模拟围压、压力边界条件(σ₃)应用于圆柱边界的节点。模拟压缩过程,一个恒定的速度边界条件(10⁻⁸m / s)是应用于顶部边界节点。

模拟的应力-应变曲线与实测应力-应变曲线比较,如图11。在图中,测量的应力-应变曲线是由黑色实线,和模拟曲线由红色虚线表示。结果表明,不同围压下的模拟曲线基本上是在良好的协议与实验曲线,这表明所选的应变软化模型适用的数值模型。

剪切应变增量等值线图和位移矢量地图绘制的示例加载破坏,如图12。结果表明,沿斜面剪切破坏发生,和该地区的大型剪切应变增量与领域基本上是一致的样品损坏发生。样品后的位移矢量地图进一步表明,产量,两个相交的收益率面临着生产。屈服后生成的片段都倾向于滑动沿着屈服面和倾向于向外凸出。

5。测量和模拟的原位应力

5.1。地应力的测量

钻孔变形计是用来测量地应力的研究领域。调查的布局点如图13,调查结果如表所示5。在图13,三线相交的三个主应力的预测向量在水平面。线的长度代表主应力的大小。换句话说,最长的线代表最大主应力的投影和最低线段代表小主应力的投影。表5表明,最大主应力σ_h,马克斯和中间主应力σ_h,分钟几乎是水平的,最小主应力σ_v几乎是垂直的。研究区域的原位应力主要由构造应力,与水平应力超过垂直压力。

5.2。原位应力的模拟

线性回归方程(8拟合得到的调查结果。研究区域的原位应力与深度近似线性,如图14。 在哪里H代表了深度。

方程(8)作为初始压力和集成到地质模型。仿真结果如图15。在图中,黑色的三角形表示调查结果。由于洞穴的扰动,综合地应力不可避免地重新分配。洞穴之上和之下的干扰最为严重。幸运的是,重新分配的结果仍然是普遍一致的调查结果在大多数地方,尽管有一些偏见的细节。从K50 K50 + 800 + 620,仿真结果与调查结果有很好的一致性;从K50 K50 + 580 + 500,仿真结果是大约1.0 MPa大于调查结果。

6。数值模拟基岩下垂的深坑

6.1。数值模型

使用FLAC模拟路堤施工^{3 d}软件,如图16。底部的位移和水平位移的左边和右边可以忽略。因此,模型的底部边界节点是固定的垂直和水平。节点在左边和右边是固定的水平。模拟岩层地应力,方程(8)被用作初始应力。根据现场调查,没有发现结构面控制,所以模拟岩层作为连续介质。本构模型和产量标准部分所示2。材料参数如表所示1和2。仿真过程如下:(1)建立测井模型只包含岩石和土壤地层地应力和集成,如图15;(2)EC1-EC9路堤建设条件模拟,如图17。在每个建筑术语,厚约1米堤。

6.2。沉降计算

计算的解决岩溶洞穴C(图3),采用以下四个方案:(1)假设周围介质由完整岩石和遵循一个弹塑性本构模型;(2)假设周围的介质组成的完整岩石,应变软化本构模型;(3)假设周围介质由岩体和遵循一个弹塑性本构模型;(4)假设周围介质由岩体和遵循应变软化本构模型。图184个方案的计算结果进行了比较和测量站点。

方案3和4的计算结果完全一致的EC3之前,但分歧EC3后出现。它们之间的差异迅速扩大随着路堤施工的进行。这是因为周围的介质是EC3之前处于弹性状态。因此,弹塑性模型和应变软化模型表现出不同的力学行为。EC3后,方案4中应变软化岩石的强度显著降低。因此,降低岩石的变形更严重比EC3后弹塑性岩石。

不同的本构模型采用方案1和2,但其计算结果从头到尾是完全一致的。这是因为这两个方案假设周围的介质是由完整岩石,具有强度高。假定的完整岩石仍处于弹性状态从头到尾,因此,两种方案都表现出不同的力学行为。

在图18,一个对角线平行模式是用于表示应变软化定居点的角色,和一个网格模式用于表示岩体的假设之间的差异和完整的岩石的假设。结果表明,变形将大大低估了如果周围介质被认为是完全由完整岩石或应变软化行为是被忽视的。建筑负荷越大,越散度。方案4假设周围介质由岩体和应变软化行为的综合。沉降计算最接近现场测量。除非另有规定,使用方案4进行了数值模拟。

7所示。结果与讨论

7.1。的发生应变软化区及其过渡到一个残余区

如图19、周围介质分为弹性区,应变软化区,和残余区根据等值线图的软化指数η。在弹性区,η= 0;在应变软化区,0 <η<η^∗;在剩余区域,η≥η^∗。

发生应变软化区及其过渡到剩余区域观察,分为四个阶段。EC1-EC3期间,周围介质保持弹性,这一时期被定义为第一阶段为了方便。EC3-EC5期间,支持两端的基石开始从顶部和收益率向下扩展。这一时期被定义为第二阶段。EC5-EC7期间,残余区出现了支持基岩的两端,和中跨位置开始产生自底向上和扩展。这一时期被定义为第三阶段。EC7-EC9期间,应变软化和残余区扩展支持两端的基石,和残余区出现了跨中位置。这一时期被定义为第四阶段。

总之,在这种情况下,支持时两端的基岩比早些时候开始屈服,在跨中位置,但后来的发展慢,中跨的位置。跨中位置开始屈服时后来比支持两端的基石,但收益率区域迅速扩大。

7.2。应力路径的基石

应变软化模型被用来分析的应力路径中跨和支持两端,与黑色实线在图所示20.。相比之下,弹塑性模型的应力路径也绘制在图20.,如固体灰线。应变软化模型和弹塑性模型有相同的收益率曲线(见蓝色虚线)。红色虚线代表了残余强度的应变软化模型。

7.2.1。应力路径的应变软化模型

两端的应力路径支持非常相似。基岩向左倾斜,左端经历更多的负载,所以压力略高于左端,右端。在阶段1中,σ₁两端的维持在大约0.5 MPa,和σ₃沿加载路径增加到大约−2.6 MPa。两端产生由于紧张第一阶段的结束。在阶段2中,由于应变软化行为,σ₃下降沿卸载路径约−0.3 MPa,最后转换到残余区。在阶段3和4,路堤建设持续、应力沿残余强度发展曲线。

的应力路径中跨显然不同于两端的支持。在阶段1中,σ₁沿加载路径增加到大约6 MPa,和σ₃维持在大约0.2 MPa。在阶段2中,σ₃增加沿加载路径−2.5 MPa。中跨产生由于紧张阶段2月底。在第三阶段,由于应变软化行为,σ₃下降沿卸载路径约0 MPa最后转换到残余区。在第四阶段,随着路堤建设持续、压力只能沿着残余强度发展曲线。

7.2.2。弹塑性模型的应力路径

在阶段1中,弹塑性模型的应力路径是一模一样的应变软化模型。支持两端逐渐加载的抗拉强度,最终取得了第一阶段的结束。屈服后,两端的压力沿收益率曲线继续发展。中跨的压力沿加载路径增加,但加载幅值明显低于的应变软化模型。中跨仍处于弹性状态,直到第四阶段的结束。因此,洞穴在弹塑性地层的稳定性明显高于应变软化层。如果应变软化行为是被忽视的,洞穴的变形将明显低估,和稳定性将大大高估了。

7.3。岩溶洞穴的稳定性计算的可行性根据梁的假设

人们普遍认为,由于地下洞穴可能失去稳定拉伸屈服在中跨或剪切屈服在两端的支持(23]。然而,在这种情况下,中跨和两端都产生了拉伸载荷(图20.)。另一个有趣的观察从图问题19是支持两端的基石开始收益率从顶部向下延伸,而中跨位置开始从底部向上和扩展。事实上,这种失效模式非常类似于一个固定的支撑梁。计算弯矩有助于理解故障模式,特别是从顶部两端产生的原因。

弯矩的计算使用以下三种模式:(1)降低数值模型;(2)简支梁模型;和(3)固定支撑梁模型。结果如图所示21。黑色虚线,灰色的实线,红色实线代表弯矩的应变软化模型,简支梁模型,分别和固定支撑梁模型。表6给了弯矩的计算方案。在表中,x,y,z代表坐标位置,坐标轴绘制在图21。σ_x代表了法向应力。一个(x)截面的基石,它随其位置x。l代表了洞穴,和问代表外部负载。

7.3.1。应变软化的弯矩数值模型

在阶段1中,支持在两端张力在顶部的弯矩约−18000 kN·m和最终产生了由于紧张;中跨在张力在底部弯矩的大约8000 kN·m。在第一阶段结束,中跨还是弹性。在阶段2中,支持两端处于应变软化状态的弯矩大约−23000 kN·m并最终进入残余状态;中跨经验的弯矩的增加8000 kN·米,最终由于紧张了。在阶段3和4,支持两端的弯矩增加到大约−27000 kN·米后进入残余状态;中跨进入应变软化状态和剩余状态先后与迅速增加24000 kN的弯矩·m。

简而言之,支持两端张力在顶部。他们取得了比中跨。中跨在紧张的底部。由于弯矩迅速增加,屈服区域迅速扩大在中跨位置。因此,图中所示的基石的失效模式19基本上是符合弯矩的大小和方向如图21。

7.3.2。简支梁的弯矩模型

四个阶段,支持两端不承担任何弯矩;中跨在张力在其底部,与18000 kN的弯矩增加30000 kN·m·m。因此,如果洞穴稳定性计算采用简支梁模型,跨中位置的稳定性将会被低估,但稳定的支持两端会高估了。当地法规,中国公路基础设计和施工的技术指导karstified区域,建议使用简支梁模型计算洞穴稳定性;然而,简支梁模型可能导致不切实际的偏差。

7.3.3。固定支撑梁的弯矩模型

在阶段1中,固定支撑梁的弯矩模型非常接近,降低数值模型的差异小于10%。在阶段2中,基岩开始屈服;因此,差距逐渐增加到20%。在阶段3和4,应变软化状态和残余状态中跨中出现。固定支撑梁的弯矩计算模型是远远低于应变软化数值模型。因此,处于弹性状态,这将是可接受的使用固定支撑梁的洞穴稳定性计算模型。然而,在产量、弯矩将被低估,洞穴稳定性会高估了。

7.3.4。基岩的发生下垂坑及其潜在的进化

在路基施工过程中,研究了污水池发生一起逐步向下运动的基石,导致进步解决第四纪沉积物。如图22飞机开始开发,一个失败的倾斜收益率乐队C1通过基岩传播。不久之后,基岩M1倾斜收益率乐队C1开始下滑。由于M1的滑动运动,上覆土层的支持显著降低,剪切带和垂直C2传播穿过土层。然后,土壤质量M2沿着垂直剪切带C2开始消退。M2的滑动运动减少了支持剩下的堤坝,导致形成的横向拉伸乐队C3和路堤质量M3。

一个有趣的区别是,剪切带C2沿着损坏质量M2垂直传播,但拉伸带沿着损坏质量M3 C3水平传播,尽管受损群众由于减少形成支持。一个可能的解释是,损坏质量M2继续被破坏的压力压缩质量M3在下沉,与拉应力状态的损坏质量M3。所构造的路堤终于被几个分层水平拉伸乐队C3。

根据主要的天坑分类(1,24),这种类型的天坑属于基岩下垂类型。沃尔瑟姆福建议这些灰岩坑上面更有可能发生在构造一个山洞屋顶洞口宽度的厚度小于70% (25]。一般来说,基岩下垂灰岩坑更常见的蒸发岩地区碳酸盐岩岩溶地区(1,10因为蒸发岩岩石能够显示塑料行为的压力。然而,本文表明基岩下垂灰岩坑的情况可能发生在碳酸盐岩地区。提到的类似的病例记录不良的除了沉降Wigham二叠纪灰岩的县达勒姆,英格兰(26Sunwoo提到的),在一个废弃的地下石灰石矿山(27]。在本文中,作者认为,应变软化行为是碳酸盐岩的大变形的主要原因。沉降分析,解决strain-softened岩石可以多次的弹性岩石(图17)。

事实上,基岩下垂坑可能是一个潜在崩溃的前兆由于潜在的进一步向下运动的基石和覆盖第四纪沉积物。建议由麻省理工和Lollino失败的地下洞穴不会发生警告(23]。在崩溃发展的早期阶段,它可能显示表面裂缝,内部故障的飞机、渐进的沉降。此外,基岩渗透后的剩余区域,基岩向下的运动可能会导致生成基岩崩塌困境的出路,让更多的干扰对岩溶环境工程建设和更严重的危害。

逐步向下运动的基石下垂排水口与第四纪沉积物覆盖模拟显示潜在的进化基础崩溃天坑,如图23。基岩下垂天坑的进化可能引发的风化过程,进一步的干扰,或建筑(28- - - - - -30.]。受损的大规模崩溃逐步向下进入洞穴(图23日(一))。接下来,我们将看到失败在深坑的边缘和随之而来的崩溃在同一地区,其次是逐步扩大的排水口(图23日(b))。最终,基岩下垂排水口将演变成一个基石崩溃排水口(数字23日(c)和23日(d))。模拟的几何基础崩溃天坑似乎被其他作者(与模型描述一致1,23]。

8。结论

在堤防建设的初期,周围介质仍处于弹性状态。弹塑性岩石和应变软化岩石表现出不同的力学行为和变形。然而,在后期产量,降低岩石的强度显著降低,变形将大大低估了如果应变软化行为被忽视了。

在这种情况下,支持基础的两端从顶部开始产生和扩展向下,而中跨位置开始从底部向上延伸,收益率和收益率的原因是与紧张有关。进一步分析发现,失效模式基本上是与弯矩的大小和方向一致。事实上,这种失效模式非常类似于一个固定的支撑梁。

处于弹性状态,这将是可以接受使用固定支撑梁模型计算洞穴稳定。然而,在产量、弯矩将被低估,洞穴稳定性会高估了。否则,如果洞穴稳定性计算采用简支梁模型,跨中位置的稳定性将会被低估,但稳定的支持两端会高估了。

根据主要的天坑分类(1,24,25),这种类型的灰岩坑可以分为基岩下垂类型。此外,基岩渗透后的剩余区域,基岩下垂天坑甚至可能发展到一个更危险的基岩崩溃的话。

数据可用性

所有数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

那天朱,“胡、Huquan吴、刘超群解释道的资助者是江西省交通运输厅科技项目(批准号2015 c0022)。作者要感谢他们的支持。这项研究是由江西交通运输厅的技术项目(批准号2015 c0022)和中央大学的基础研究基金(批准号310821175026)。