地铁隧道岩溶地基稳定性极限分析方法研究

在岩溶地区进行地铁盾构施工，当溶（土）洞位于地铁底部时，岩溶地基稳定性便成了工程建设中一个较突出的问题。本项目申请拟从极限分析方法和模型试验入手，研究盾构机掘进过程中岩溶地基稳定性问题，主要研究内容包括：通过收集整理已有城市地铁隧道既有勘察成果，研究隧底岩溶空间分布规律，提出用于极限分析和模型试验的概化模型；对于简单概化模型，采用传统极限分析方法推导出导致地基失稳的破坏荷载的上、下限解析解，对于复杂概化模型，采用有限元极限分析方法，结合增量加载法,得到导致地基失稳的极限荷载的上、下限解，并找出潜在破坏面位置；最后通过模型试验研究逐级施加荷载作用下，岩溶地基渐进性破坏特点，并得到导致地基失稳的破坏荷载或极限荷载，并与极限分析结果进行比较。所得结论可用于地铁隧道岩溶地基稳定性评价。

在岩溶区进行地铁盾构施工，特别是当溶（土）洞位于地铁底部，岩溶地基稳定问题便成了工程建设中一个较突出的问题。本项目采用极限分析和模型试验相结合的方法研究了岩溶地基极限荷载的上下限解。项目开展的主要工作和成果包括：(1) 重点收集整理了广州地铁隧道勘察成果，研究了隧道下方岩溶空间分布规律，据此提出了极限分析和进行模型试验的概化模型。⑵运用增量加载有限元法，对岩溶地基极限承载力进行了定量求解，并与模型试验结果进行了对比。分析了溶洞顶板厚度、跨度、串珠型溶洞、结构面形式、荷载分布形式对地基承载力的影响，得到了不同因素影响下的变化规律。（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。（4）在下限有限元法基本原理的基础上，开发了下限有限元法计算程序，运用该程序可以得到地铁隧道岩溶地基承载力的下限值。并在实际工程中进行了应用。