岩溶洞隙稳定性分析的方法浅析①.docVIP

岩溶洞隙稳定性分析的方法浅析① 　　摘 要：确定溶洞顶板的安全厚度是洞隙稳定性分析的主要目的。为给岩溶区的洞隙稳定性分析提供参考，阐述了洞隙稳定性问题与地下隧道工程的围岩稳定性问题的关系，对岩溶区洞隙稳定性分析方法进行了总结。最后指出，工程地质类比法和结构力学解析法，虽然是目前溶洞顶板的稳定性分析的两种主要方法，但是，由于影响溶洞顶板稳定性的因素较多，因此，洞隙顶板的安全厚度不宜采用单一的方法来确定，建议应在多种方法计算结果的基础上综合确定，必要时，应采用数值分析法进行验证。 　　关键词：岩溶 溶洞 顶板安全厚度 稳定性分析 　　中图分类号：TU42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）0073-02 　　在岩溶发育地区的建筑物地基中，岩溶作用可能会导致地基中的岩溶洞裂隙的大量分布，因此，研究其稳定性对工程建设具有重要的指导和实际意义。 　　目前，在工程建设中的洞隙稳定性分析的主要方法和原理可见于《工程地质手册》（第4版）[1]或《岩土工程手册》[2]中，其中在岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[3]和《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[4]也有相关的标准和要求。但是不同教材和规范所介绍的方法基本大同小异。由于影响洞隙稳定性的因素较多，至少涉及洞隙顶板的岩体完整性、洞隙尺寸大小、几何发育形状、岩石强度及顶板上部的荷载大小等因素。而目前的各种分析方法都经过一定的简化，仅考虑其中少数几个影响因素，且每一种分析方法在理论和实践中都不可避免地存在其局限性，因此，洞隙稳定性一般要求采用多种方法进行分析，并将不同方法的结果进行比对，以综合确定洞隙的稳定性。 　　1 洞隙稳定性影响因素分析 　　溶洞稳定性问题与隧道的围岩稳定性问题相类似。不同之处是，溶洞是漫长的岩溶作用条件下形成的，属于地质演变的结果，而隧道则是在相对短暂的时间内，能由人工开挖形成，因此，两者在应力条件和地质条件上存在如下差别。 　　（1）两者的天然应力状态不同。隧道的埋深范围较大，有的隧道埋深可能只有几十米，而有的则可能埋深数百米，且同一隧道随着穿越不同的地貌，其埋深范围变化也很大，例如，隧道进出口附近，其埋深不过几十米，但隧道穿越山体中部时，其埋深可能达几百米。如沪昆高铁在穿越雪峰山的隧道时，最大埋深可达300 m以上。由于隧道埋深的变化范围较大，其天然应力即包括岩土体的自重应力场，也包括地质构造应力。 　　对于岩溶区的建筑工程来说，建筑对场地的影响深度较小，岩溶处理深度一般不大。根据工程经验，建筑场地的桩长设计不超过50 m，可见建筑场地的岩溶处理深度一般也不超过50 m。也就是说，岩溶建筑场地所处理的大多数是浅层的岩溶洞隙。浅层洞隙的应力分布有两个显著的特点，一是由于浅层洞隙顶部往往存在一定的岩溶水裂隙通道，洞隙顶部和岩面存在数量不等的贯通或不贯通的岩溶裂隙，从而导致洞隙顶板的应力分布范围较广；一是由于岩石属于脆性材料，且裂隙的存在降低了岩体的完整性，且浅层洞隙顶板较薄，难以形成有效的拱作用，这些因素均使得其受拉能力不如隧道围岩的受拉能力。 　　（2）二次应力集中。隧道开挖是在短暂的时间内完成的，相对于地质构造来说，可视为瞬时开挖。在开挖过程中，围岩原有的地质构造应力大部分尚未释放。随着构造应力的释放和自重应力的作用，隧道围岩可能会产生冥想的二次应力集中现象，从而对围岩的稳定性带来十分不利的影响。 　　溶洞形成是十分缓慢的过程，其洞隙周围岩体的应力随着溶洞的形成早已经基本甚至完全释放，若没有新的地质构造运动的影响，基本不会出现二次应力集中现象，因此，在洞隙稳定性分析时，通常不考虑二次应力集中的不利影响。 　　（3）地层岩性。隧道围岩具有多样性，在各种岩石中基本都可以开挖隧道，但是，溶洞主要发生在岩溶区，其岩性以可溶岩为主。可溶岩的种类很多。但地球上的可溶岩主要以碳酸盐岩为主，硫酸盐和卤岩分布不多，研究洞隙稳定性事实上主要就是研究碳酸盐岩的洞隙稳定性。 　　（4）地下水。隧道开挖对围岩的地下水赋存状态影响巨大，造成地下水径流路径的突变，且开挖后，隧道围岩应力的快速释放，导致了围岩裂隙增大，地下水流速增大，围岩所受的地下水动力对围岩的稳定性的不利影响十分敏感。溶洞是在地下水的溶解和侵蚀作用下形成的，这个过程十分缓慢，地下水的动力变化基本不存在突变过程，因此，溶洞对于地下水的作用敏感程度明显不高。 　　（5）稳定性评价对象不同。隧道的围岩稳定性是以开挖洞室周围的岩体为研究对象，旨在确保地下开挖空间在正常状态下的使用安全，因此，在稳定性分析时，整体稳定性和局部稳定性均要进行评价。溶洞稳定性主要的研究对象为溶洞顶板的稳定性，侧重于对溶洞顶板的整体稳定性评价。 　　综上所述，溶洞的稳定性