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研究依托娄新高速公路岩溶采空区塌陷地基处治工程,综合采用现场调研、理论分析、室内试验、现场试验、数值分析等手段,对高速公路下伏岩溶采空区特征及分布规律、岩溶采空区路基稳定性评价技术、岩溶采空区塌陷地基工程处治及处治效果评价技术进行了研究和分析。主要成果: 一、研究了娄新高速公路沿线岩溶塌陷的分布规律,并对岩溶塌陷成因机制进行了分析。 二、研究了娄新高速公路下伏采空区基本特征及其对工程的影响。 三、基于随机介质理论对溶洞塌陷引起的地表及岩土体的位移及变形问题作了深入研究。 四、 提出了高速公路岩溶采空区稳定性评价方法,研究了高速公路与下伏岩溶采空区相互作用机理。 五、高速公路岩溶采空区地基治理工程注浆材料试验研究。 (1)以渗透注浆理论的研究现状为出发点,将经典的渗透注浆理论和裂隙岩体注浆技术相结合,建立了渗透注浆流体模型,推导了影响渗透注浆的主要参数,分析了各参数的影响因素,其主要结论如下: (2)分析了渗透注浆理论的研究现状,推导了经典理论中注浆时间和浆液扩散半径的表达式。阐释了裂隙岩体中浆液渗流的基本原理,揭示了达西定律的物理意义。 (3)建立了四种不同类型的流体模型,推导了裂隙辐向流的注浆压力、浆液流量和浆液扩散的渗透系数。 (4)以裂隙岩体中多孔同时渗透注浆的相互影响分析为基础,得出了圆形布置注浆孔时圆心位置的加固效果最差;推导了在控制注浆压力下等间距布孔时最优注浆孔的数量。 (5)推导了多孔同时进行注浆时在某点的注浆压力值等于单孔各自注浆时注浆压力在该点叠加,得出了注浆压力叠加的理论计算公式;分析了多孔同时注浆时的相互影响,验证了多孔同时注浆相互影响的合理性。 (6)对新型酸性水玻璃碳酸钙注浆材料试验研究,得出有益的结论以供注浆工程参考。 对于水玻璃-硫酸浆液,随着碳酸钙加入量的增加,浆液的胶凝时间减小,当碳酸钙的量减少到一定量时,溶液的胶凝时间会有一个突增点;纯浆液塑性强度随时间的增长而增加,相同硫酸的条件下,一般随碳酸钙加入量的增加,试件的强度会相应增加,但加入到一定量后,其强度不再增加。固砂体强度随配比的变化不明显。 六、强夯加固区高速公路岩溶塌陷地基试验研究。 (1)对娄新高速公路K30+882.47 K31+380段岩溶塌陷地基,通过分析计算,方案比选,确定了采用强夯+局部注浆的方案进行治理,并对岩溶塌陷地基进行了强夯试验研究,提出了岩溶地基强夯治理施工工艺; (2)根据试夯试验结果,编制了适合娄新高速公路岩溶地基强夯加固施工指南。 七、开发了路基沉降变形预警系统。 总结了路基变形预测和和计算的主要方法,选择泊松曲线、抛物线等6种曲线作为路基变形预测评估曲线建立基于大量长期监测数据的路基变形预测模型,并以VB为开发平台,开发了路基沉降变形监测数据储存和预测程序,并在此基础上建立路基沉降变形预警系统。 研究高速公路下伏岩溶及采空区的变形发展规律和稳定性评价方法及其对公路路基的危害程度以及工程治理措施,评价岩溶及采空区对公路的影响范围及治理效果,不仅对保证高速公路在设计使用年限内安全营运有着重要的理论意义,而且对今后如何合理安全地在岩溶及采空区地表修筑高速公路,充分利用地下矿产资源均有着普遍的指导意义和重大的经济及社会意义。
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