典型岩溶洞穴顶板稳定性评价.doc

西部项目 合同号： 200-318-000-18 岩溶地区公路工程地质勘察与 综合评价技术研究 研究报告简本 贵州省交通规划勘察设计研究院 长沙理工大学 中国矿业大学 中国科学院武汉岩土力学研究所 2006年12月 1 引言 岩溶又称喀斯特（karst），在我国广泛分布，约占我国国土面积的1/3，其中裸露岩溶区面积130万平方公里，主要集中在贵州、云南、广西等省区，仅就贵州省而言，岩溶区面积就占其总面积的74%，黄果树瀑布和织金洞等许多著名的风景旅游区都处在岩溶发育地区。 随着西部大开发的顺利进行，在岩溶地区修筑的高等级公路越来越多，不可避免的会遇到溶洞群、塌陷区、地下水害等岩溶病害，这些病害易使路基、桥基、隧道发生变形、甚至破坏，从而降低公路及结构物的安全性和可靠性。如何发现岩溶、评价岩溶以及如何处置岩溶就成了公路建设中必须面对的问题。 图1-1 岩溶路基塌陷 图1-2 路堑边坡溶洞 为了较好地解决这些问题，2002年交通部将“岩溶地区公路修筑技术研究”成套课题列为西部交通建设科技项目。该课题由贵州省交通厅主持，根据研究内容分为四个子题，其中“岩溶地区公路工程地质勘察与综合评价技术研究”为第一子题，其研究单位面向全国招标。贵州省交通规划勘察设计研究院联合长沙理工大学、中国矿业大学和中国科学院武汉岩土所组成联合体参加了该课题的竞标并中标。 项目研究工作从2002年7月开始。在收集文献的基础上，重点对贵州和广西岩溶地区公路工程地质勘察面临的问题及对策进行了实体工程的考察和调研。按照合同要求和专家意见，结合岩溶地区公路工程的特点，项目组拟订了“突出重点，兼顾一般”的研究思路，选定沪瑞国道主干线贵州境镇宁至胜境关公路部分区段，玉屏至三穗公路青溪大桥作为主要依托工程，在了解碳酸岩的物性参数、物理力学性质的前提下，开展以地球物理勘探方法为重点的综合工程地质勘察技术研究，以隐伏岩溶洞穴顶板稳定性评价为重点的综合评价技术研究。 通过项目研究，取得了10项研究成果，其中在6个方面有所创新，发表论文9篇，申请专利2项。 2 典型岩土工程特性 可溶岩、可以溶解可溶岩的水以及CO2是岩溶发育的基本条件。岩溶分布主要受岩性、地质构造、地形、气候等多种因素综合影响。西南地区碳酸盐岩分布广泛，地貌类型丰富，发育了典型的岩溶地貌类型，从云贵高原的高原岩溶地貌特征到贵州中部、东部、东南部及湖南西部的丘陵过渡区，再到广西、广东的下游峰林平原地区，岩溶地貌类型齐全，不同的地貌环境背景决定了岩溶区公路建设的特殊性。岩溶根据岩溶埋藏条件，将岩溶分为裸露型、浅覆盖型、深覆盖型、埋藏型四类。 项目以贵州省为依托，总结了岩溶地区碳酸盐岩、红粘土等典型岩土体物性参数、微观结构和物理力学性质，为岩溶地区公路建设的勘察评价提供了重要的基础资料。 2.1 碳酸盐岩工程特性 项目组在室内测定了研究区7类典型碳酸盐岩岩样声波速度声波速度与岩石密度的关系测定介电常数 归纳试验成果供设计、地质碳酸盐岩。从测试结果可以明显看出，随着频率的增加，介电常数减小，尤其在25MHz左右最为明显 根据工程的要求，分别对灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩和白云、角砾状白云岩进行单轴压缩试验， 对于同一岩性的同一组试验来说，低围压下，碳酸盐岩岩样的破坏应力低于高围压下岩样的破坏应力，随着围压的升高，达到破坏点的轴向应变值也相应增大，也就是说，围压高时，岩石破坏所需的应力更大，其相应的变形也越大。红粘土是一种超固结土，固结压力是在成土过程中，由溶蚀—交代形成的结构强度所决定的。残积红粘土是一种中—低压缩性土。红粘土工程特性在高含水量范围内主要受基质吸力控制，而随含水量的降低则更大程度的受控于土体的裂隙性，其转折点的位置在重型击实(干法备样)的最优含水量附近。 3.1 工程地质勘察方法选择与要求 根据公路工程建设的实际，岩溶地区公路工程地质勘察应该按四个勘察阶段来进行，即可行性研究勘察阶段、初步工程地质勘察阶段、详细工程地质勘察阶段和施工阶段岩溶勘察。 项目针对岩溶地区公路建设复杂的环境条件，通过大量实体工程分析和依托工程验证，提出了工程地质调绘和钻探新的技术要求，明确了遥感图像中岩溶形态解译的典型特征，为现行《公路工程地质勘察规范》相关内容的修编提供了依据。 图3-1 镇宁至胜境关公路遥感图像 课题组通过收集一些岩溶典型图像，结合中小比例尺野外调绘，对碳酸盐地层和典型岩溶形态的遥感影像特征进行了较为系统的总结，其研究成果已在“上海至瑞丽国道主干线贵州省镇宁至胜境关公路遥感工程地质调查报告”中得到了应用。 钻探是工程地质勘察中普遍使用的有效手段，其揭示的资料是验证物探成果，评价场地、地基稳定性的主要依据。本次研究在总结前人