复杂岩溶地区的钢护筒群承载机理数值模拟研究

郭辉, 牟云贞, 仉文岗, 陈斐, 张艳梅, 王硕, 林思成. 复杂岩溶地区的钢护筒群承载机理数值模拟研究[J]. 中国岩溶, 2025, 44(1): 136-146. doi: 10.11932/karst2024y012
引用本文: 郭辉, 牟云贞, 仉文岗, 陈斐, 张艳梅, 王硕, 林思成. 复杂岩溶地区的钢护筒群承载机理数值模拟研究[J]. 中国岩溶, 2025, 44(1): 136-146. doi: 10.11932/karst2024y012
GUO Hui, MOU Yunzhen, ZHANG Wengang, CHEN Fei, ZHANG Yanmei, WANG Shuo, LIN Sicheng. Numerical simulation of bearing mechanism of steel casing group in complex karst area[J]. Carsologica Sinica, 2025, 44(1): 136-146. doi: 10.11932/karst2024y012
Citation: GUO Hui, MOU Yunzhen, ZHANG Wengang, CHEN Fei, ZHANG Yanmei, WANG Shuo, LIN Sicheng. Numerical simulation of bearing mechanism of steel casing group in complex karst area[J]. Carsologica Sinica, 2025, 44(1): 136-146. doi: 10.11932/karst2024y012

复杂岩溶地区的钢护筒群承载机理数值模拟研究

  • 基金项目: 长江重庆航道工程局科技项目(H20230330);四川省交通运输科技项目(2018-ZL-01)
详细信息
    作者简介: 郭辉(1988-)男,工程师,主要从事公路水运工程施工项目管理。E-mail: 804071291@qq.com
    通讯作者: 仉文岗(1983-),男,教授,博士,主要从事地质灾害防治研究。E-mail:zhangwg@cqu.edu.cn
  • 中图分类号: U656.1

Numerical simulation of bearing mechanism of steel casing group in complex karst area

More Information
  • 岩溶区桩基施工过程中,隐伏溶洞空间分布的不确定性导致施工过程风险性提高,尤其是搭设钢护筒时,结构荷载超过钢护筒侧摩阻力,可导致钢护筒下沉对施工工作面带来安全风险。文章以江西九江银沙湾复杂岩溶区桩基施工工程为例,模拟研究了岩溶区钢护筒群的承载特性。结果表明:整个施工区域岩溶非常发育,溶洞占比为76.2%,溶洞的最大高度为17.3 m,且存在大溶洞串洞现象。按照大溶洞区空间分布特点,钢护筒群下沉模式分为三种,三角形区钢护筒群下沉、矩形区钢护筒群下沉和单排型钢护筒群下沉。提出预设指定位移来反分析钢护筒群下沉过程的模拟方法,模拟结果显示,隐伏大溶洞区施工方式应该按照外侧优先成桩,内侧选点成桩方式进行。

  • 加载中
  • 图 1  银沙湾码头平面布置图

    Figure 1. 

    图 2  施工平台布置示意图

    Figure 2. 

    图 3  不同类型大小溶洞占比

    Figure 3. 

    图 4  隐伏大溶洞空间分布

    Figure 4. 

    图 5  钢护筒群下沉风险分类

    Figure 5. 

    图 6  数值模型示意图

    Figure 6. 

    图 7  承载力计算结果

    Figure 7. 

    图 8  沉降位移云图

    Figure 8. 

    图 9  未成桩区弯矩与轴力最大值点

    Figure 9. 

    图 10  承载力计算结果

    Figure 10. 

    图 11  沉降位移云图

    Figure 11. 

    图 12  未成桩区弯矩与轴力最大值点

    Figure 12. 

    图 13  承载力计算结果

    Figure 13. 

    图 14  沉降位移云图

    Figure 14. 

    图 15  未成桩区弯矩与轴力最大值点

    Figure 15. 

    表 1  钢平台面荷载统计表

    Table 1.  Statistics of steel platform surface load

    荷载类型 面荷载/kN·m−2
    恒载 钢面板自重 0.69
    横梁自重 0.38
    纵梁自重 0.64
    栏杆自重 0.06
    钢管柱及钢横撑自重 20.50
    钢横撑自重 1.27
    活载 施工荷载 2.00
    机械荷载 1.65
    水流荷载 1.17
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    表 2  岩土材料参数

    Table 2.  Geotechnical material parameters

    重度/kN·m−3 弹性模量E50/
    kN·m−2
    黏聚力C/
    kN·m−2
    摩擦角Φ/°
    抛石 22.0 1.00×105 27.5 45
    粉质黏土 18.8 6.37×103 19.0 11
    粉细砂1 19.0 1.17×104 3.0 21
    粉细砂2 20.0 1.56×104 0 28
    粉细砂3 20.0 2.21×104 0 31
    灰岩 21.8 1.00×105 2.5×104 60
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    表 3  梁与钢护筒参数

    Table 3.  Beam and steel casing parameters

    重度/kN·m−3 弹性模梁E50 /N·m−2 截面面积/m2 惯性矩I2 /m4 极限侧摩阻力标准值/kN 极限端阻力标准值/kN
    78.5 2×1011 9.5×10−3 7.19×10−6 \ \
    钢护筒 78.5 2×1011 5.0×10−3 2.01×10−6 70~350 \
    混凝土桩 25.0 3×1010 1.65 2.17×10−1 100~600 4500
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出版历程
收稿日期:  2023-07-04
修回日期:  2023-10-18
录用日期:  2024-02-18
刊出日期:  2025-02-25

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