地质勘查公路工程设计论文提纲

论文题目：岩溶区高速公路路基强夯处治技术及其稳定性分析

摘要：随着西部交通建设的快速发展,高速公路将不可避免地穿越大量岩溶地区,如湖南省炎汝、汝郴、郴宁、宁道、桂武、娄新等高速公路以及广西、贵州两省份的大部分高速公路均存在大量岩溶路基。此时,如何合理、有效的处治岩溶路基并评价其稳定性成为工程建设中亟待解决的关键问题。因此,有必要在综合分析现有岩溶路基处治技术基础上提出更有效、更经济的处治方法,并对其稳定性进行评价。为此,本文以湖南省桂阳至临武（桂武）高速公路为工程依托,综合运用理论分析、数值模拟与现场试验等手段开展岩溶区高速公路路基强夯处治技术研究,提出岩溶区高速公路路基强夯处治设计原则与设计参数及其稳定性评价方法,以期为今后类似工程提供借鉴。本文的主要研究内容如下:（1）通过岩溶形成与发育条件、岩溶形态及其特征、岩溶路基病害以及岩溶路基稳定性问题等方面的内容,对岩溶路基病害进行综合分析,采用六种常规方法与规范方法对高速公路岩溶路基塌陷可能性进行分析;进而以此为基础提出岩溶路基强夯处治技术,并在明确岩溶路基强夯处治目的基础上提出岩溶路基强夯处治的有效加固深度与影响深度、夯击能、间距与遍数、加固范围及间隔时间等设计参数的建议取值。（2）针对依托工程设计并完成了岩溶区高速公路路基强夯处治现场试验研究,根据现有地基强夯处治方法确定了岩溶区高速公路路基强夯的试验目的与内容,即在对强夯点进行详细地质勘查与静力触探基础上,测试距强夯点不同水平距离处的地表振动加速度与水平动土压力、不同深度处的竖向动土压力以及强夯点地表沉降量,确定了强夯试验能量选择标准、仪器埋设方法与注意事项等。通过现场强夯试验结果对比分析分别获得了地表振动加速度、动应力与夯击数、水平距离的变化规律,验证本文所提出岩溶路基强夯处治设计参数的合理性。（3）考虑路基荷载与路面荷载对岩溶顶板的作用效应,提出岩溶路基稳定性分析受力分析模型,并在探讨路面车辆荷载与岩溶顶板荷载计算方法基础上,采用结构力学分析方法建立出考虑溶洞空间形态的岩溶顶板稳定性分析方法,即分别建立了岩溶顶板固支梁、抛物线拱、圆拱、双向板或壳体分析模型,并获得了由抗拉强度决定的各模型岩溶顶板最小安全厚度计算方法;通过典型工程案例探讨了岩溶顶板破坏模式与溶洞形态、几何平面尺寸、矢高及顶板围岩强度的相互影响规律,确定了岩溶顶板稳定性评价应重点探明溶洞空间形态及其矢高。（4）针对岩溶区双孔圆形土洞的地基稳定性,综合利用柯西积分法、Schwarz交替法与迭代求解方法建立出双孔土洞土层中任意一点应力值的求解方法,并基于应力坐标转换与Mohr-Coulomb强度准则构建出土洞稳定性评判方法,通过计算结果与精确解析解及ABAQUS数值模拟结果的对比分析,验证了本文所建立方法的计算精度;探讨了土体侧压力系数、土洞半径比以及土洞相对位置等因素对双孔土洞稳定性的影响规律,获得了土洞稳定系数随各影响因素的变化规律。（5）采用强度折减法与数值方法分析高速公路下伏溶洞在施工荷载与强夯荷载作用下的顶板稳定性;通过探讨不同跨度、高度、埋深及顶板厚度等工况下的岩溶顶板变形量、大小主应力与安全系数的变化规律,获得了不同工况下岩溶顶板安全稳定性判断标准,并明确溶洞埋深在20m以上或顶板岩层厚度超过3m时可不予处理;通过不同工况岩溶路基强夯处治数值模拟结果的对比分析获得了（200×20）kN·m的单击能强夯时岩溶顶板塌陷对应的各种可能工况,验证了所确定的高速公路岩溶路基强夯处治设计参数的合理性。（6）为了研究各种不确定因素会对岩溶区域的路基稳定性分析产生何种作用,提出了高速公路岩溶路基稳定性风险分析方法,同时采用模糊能度可靠性分析方法计算岩溶路基失稳概率,并建立岩溶路基风险损失确定方法;采用模糊能度可靠性分析方法确定岩溶路基失稳概率能充分考虑参数取值不确定性对分析结果的影响,并考虑抗弯与抗剪的共同作用;基于风险分析理论建立出岩溶路基风险损失确定方法以及稳定性风险分析方法。（7）将强夯处治技术应用于桂武高速公路岩溶路基处治,在综合分析桂武高速公路工程地质情况基础上提出了桂武高速公路岩溶区路基处治基本原则与具体的处治方案,通过综合优化分析在溶洞注浆的原设计方案基础上提出了基于强夯+开挖回填+盖板跨越等的岩溶路基综合处治方案;结合六标岩溶路基工程地质情况提出了具体的强夯处治技术设计方案与盖板跨越设计方案。

关键词：路基;岩溶;顶板;稳定性评价;数值模拟;风险评估

学科专业：土木工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 岩溶区路基稳定性分析方法

1.2.1 定性分析方法

1.2.2 半定量分析方法

1.2.3 定量分析方法

1.3 岩溶路基处治方法

1.4 强夯法加固地基的发展历史

1.5 强夯法加固技术研究现状及发展趋势

1.6 强夯处治技术在岩溶区路基处治中的应用

1.7 岩溶路基质量控制方法

1.8 本文研究内容

第2章 岩溶区高速公路路基处治技术研究

2.1 岩溶路基病害分析

2.1.1 岩溶的形成及发育条件

2.1.2 常见岩溶形态及其特征

2.1.3 岩溶区路基病害分析

2.1.4 岩溶路基稳定性问题

2.2 高速公路岩溶路基塌陷分析

2.2.1 常规方法

2.2.2 规范方法

2.3 岩溶路基强夯处治技术

2.3.1 溶洞路基强夯处治目的

2.3.2 强夯设计参数

2.3.3 强夯处治施工流程

2.4 本章小结

第3章 岩溶区高速公路路基强夯试验研究

3.1 强夯试验目的

3.2 强夯试验内容

3.2.1 试验前夯点地质勘查与静力触探

3.2.2 表层振动加速度测试

3.2.3 地基竖向动土压力分布测试

3.2.4 水平向动土压力分布测试

3.2.5 强夯能量选择标准

3.2.6 强夯仪器埋设及注意事项

3.2.7 强夯试验具体步骤

3.3 强夯测试数据及分析

3.3.1 试验测试数据

3.3.2 试验数据整理及分析

3.4 本章小结

第4章 高速公路路基岩溶顶板稳定性分析方法

4.1 概述

4.2 路基作用效应分析

4.2.1 作用类型

4.2.2 影响因素

4.2.3 路堤地基受力分析

4.2.4 岩溶路基分析模型

4.2.5 路基车辆荷载

4.2.6 溶洞顶板荷载计算

4.3 岩溶顶板单洞稳定性分析方法

4.3.1 固支梁模型

4.3.2 抛物线拱模型

4.3.3 圆拱模型

4.3.4 双向板或壳体模型

4.3.5 岩溶顶板破坏模式与影响因素分析

4.3.6 路基岩溶顶板稳定性分析过程

4.4 岩溶顶板双洞稳定性分析方法

4.4.1 计算模型及基本假定

4.4.2 Schwarz交替法求解双孔土洞应力

4.4.3 双孔土洞稳定性分析

4.4.4 结果验证

4.4.5 参数分析

4.5 工程实例分析

4.6 本章小结

第5章 岩溶区高速公路路基强夯塌陷数值模拟分析

5.1 概述

5.2 岩溶顶板数值分析力学参数

5.3 岩溶路基塌陷三维非线性有限元分析

5.3.1 几何分析模型及边界条件

5.3.2 三维有限元分析结果

5.4 强夯塌陷三维有限元分析结果

5.4.1 顶板厚1m,洞跨5m时的塌陷分析

5.4.2 顶板厚0.5m,洞跨2m时的塌陷分析

5.5 本章小结

第6章 岩溶区高速公路路基稳定性风险评估

6.1 概述

6.2 风险分析基本理论

6.2.1 风险的定义

6.2.2 风险分析流程

6.3 岩溶路基模糊能度可靠性分析方法

6.3.1 岩溶路基模糊极限平衡分析模型

6.3.2 计算参数三角模糊数确定方法

6.3.3 岩溶路基模糊能度可靠性分析方法

6.4 工程实例分析

6.4.1 工程概况

6.4.2 岩溶顶板模糊能度可靠性分析实施过程

6.5 本章小结

第7章 桂武高速公路工程实例分析

7.1 桂武高速公路工程地质概况

7.2 桂武高速公路岩溶区路基处治基本原则

7.3 桂武高速公路岩溶区路基处治方案

7.3.1 桂武高速公路岩溶区路基处治工程特点

7.3.2 桂武高速公路岩溶区路基处治方案比选

结论与展望

结论

本文主要创新点

展望

参考文献

致谢