【摘要】：花崗巖類巖石是大陸上分布最廣泛的巖石之一,是構(gòu)成大陸地殼的重要組成部分。由于花崗巖節(jié)理發(fā)育,沿著節(jié)理進(jìn)行的風(fēng)化作用,可以向巖體內(nèi)部深入,形成很厚的紅色風(fēng)化殼,這是我國(guó)東南部花崗巖地貌的一大特點(diǎn)。殘積土是風(fēng)化殼頂部巖石經(jīng)強(qiáng)烈物理、化學(xué)和生物風(fēng)化作用,原巖結(jié)構(gòu)基本消失而殘留在原地的土層。作為紅色風(fēng)化殼的一種類型,花崗巖風(fēng)化殼由于風(fēng)化的強(qiáng)烈不均一性和工程地質(zhì)因素的地帶性而受到廣泛的關(guān)注�；◢弾r殘積土是一種特殊土,有其獨(dú)有的組成和結(jié)構(gòu)特征及突出的工程特性。由于花崗巖風(fēng)化殘積土具有特殊的工程特性,其遇水后容易導(dǎo)致土體強(qiáng)度尚失、軟化、崩解,引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害,常常給工程建設(shè)帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快發(fā)展,許多城市著手開展大規(guī)模的軌道交通建設(shè)以緩解交通壓力。在南部沿海地區(qū)城市地鐵、城際軌道交通工程建設(shè)中,為避免大面積占用土地,多數(shù)采用地下埋設(shè)的方式建設(shè)車站及區(qū)間隧道,在花崗巖殘積土地區(qū)修建地下工程引發(fā)的工程地質(zhì)問題隨之大量涌現(xiàn)出來,引起的工程事故數(shù)量愈加增多�；◢弾r殘積土地基軟化、樁基失效、邊坡失穩(wěn)、隧道坍塌、基坑變形等等工程事故頻繁發(fā)生。從現(xiàn)實(shí)工程的實(shí)際需要出發(fā),開展花崗巖殘積土的工程特性及工程問題研究,通過全面、系統(tǒng)地開展花崗巖殘積土的工程特性研究,深入了解其產(chǎn)生工程地質(zhì)問題的根源,尤其是如何解決花崗巖殘積土的工程問題,預(yù)防工程事故的發(fā)生,無疑是一個(gè)重要而急迫的研究課題,不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,也具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文以廣州地鐵在花崗巖殘積土地區(qū)建設(shè)的工程實(shí)例為基礎(chǔ),依托廣州市地下鐵道總公司的科研基金資助,開展了廣州地區(qū)花崗巖殘積層的巖土工程特性分析及地鐵施工方法的研究課題,通過深入系統(tǒng)地研究花崗巖殘積土的工程特性、地鐵明挖基坑設(shè)計(jì)、花崗巖殘積土的處理措施等,有效解決上述存在的問題,為在花崗巖殘積土地區(qū)開展的工程建設(shè)提供設(shè)計(jì)和施工的參考。通過資料收集整理、室外鉆探取樣、室內(nèi)試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析等方法對(duì)廣州地區(qū)花崗巖殘積土的成因、粒度組成、物理力學(xué)性質(zhì)、崩解軟化的工程特性進(jìn)行了研究；通過廣州地鐵多個(gè)基坑設(shè)計(jì)的總結(jié)、力學(xué)計(jì)算、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等方法,以廣州地鐵六號(hào)線二期工程蘿崗站基坑的花崗巖風(fēng)化層基坑為例,深入系統(tǒng)地研究了基坑內(nèi)降水技術(shù)解決花崗巖殘積土的處理技術(shù),有效解決廣州地鐵花崗巖殘積土基坑設(shè)計(jì)與施工中遇到的問題。對(duì)廣州地鐵的工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義,也為其他城市類似條件下的地鐵基坑建設(shè)提供參考。主要研究成果有：(1)花崗巖殘積土主要是化學(xué)風(fēng)化階段的產(chǎn)物,其粒組成分特點(diǎn)反映了物理風(fēng)化的不徹底性�；◢弾r殘積十的崩解、軟化性高于混合花崗巖殘積土,當(dāng)粘粒(d0.005mm)含量大于30%時(shí),花崗巖殘積土的特性比較穩(wěn)定,基本不發(fā)生軟化、崩解。(2)花崗巖殘積土的天然含水量與其產(chǎn)出環(huán)境密切相關(guān),隱伏花崗巖殘積土的含水量比出露地表的花崗巖殘積土的含水量高。天然狀態(tài)下花崗巖殘積土多呈現(xiàn)硬塑一可塑狀態(tài),屬低液限土；具有中等壓縮性；具弱-微透水性；其自由膨脹率較低,不屬于膨脹土。其微觀結(jié)構(gòu)主要有架狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)和充填結(jié)構(gòu)三個(gè)類型。(3)花崗巖殘積土和混合花崗巖殘積土的力學(xué)性質(zhì)存在較大的差異�；◢弾r的殘積土賦存的空間不同,其力學(xué)指標(biāo)也相差較大。天然狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的變化與天然狀態(tài)下土體的飽和度有關(guān),由于南方地區(qū)地下水位較高,花崗巖殘積層長(zhǎng)期位于地下水位以下,已經(jīng)接近飽和,因此其天然狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的變化不大。(4)由于花崗巖殘積土物質(zhì)組成、粒度成分、內(nèi)部構(gòu)造的影響,花崗巖殘積土具有遇水軟化、崩解、強(qiáng)度尚失的天然特性,在水的作用下,其崩解軟化的現(xiàn)象是不可避免的,控制花崗巖殘積士完全崩解時(shí)間的主要控制因素為含水量。天然含水量低,則崩解過程經(jīng)歷的時(shí)間很短。隨壓實(shí)度的增大,花崗巖殘積土的崩解性相對(duì)較弱。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果,對(duì)花崗巖殘積土崩解試驗(yàn)過程中各控制因子對(duì)崩解穩(wěn)定階段平均速率關(guān)聯(lián)度從高到低排序如下：X4(有效空隙比)X5(有效空隙率)X2(壓實(shí)度)xl(含水量)X3(溫度),隨著有效空隙率的增大,水對(duì)土的浸入程度增大,土的崩解速率也就相應(yīng)增大,土的抗崩解性也隨之降低。(5)花崗巖殘積土強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值隨著降水深度的增加而表現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì),但隨著降水深度的增加,其增長(zhǎng)幅度減小。降水有利于土體強(qiáng)度的增加,對(duì)開挖安全可起到有效的保護(hù)作用。各層土的縱向滲透系數(shù)隨基坑開挖深度及降水深度的增加而增大；橫向滲透系數(shù)隨著基坑開挖深度及降水深度的增加而減小。分析原因,主要是基坑開挖卸載使得土體壓力減小引起土體的孔隙比變大,從而造成縱向滲透系數(shù)變大；同時(shí)降水引起了土體孔隙的減小造成了橫向滲透系數(shù)減小。土體含水率對(duì)花崗巖殘積土的特性影響很大,進(jìn)行基坑土方開挖時(shí),必須提前把地下水位降到基坑底部以下。(6)由于地下連續(xù)墻的連續(xù)性好、適用于各種地層及地下水條件、止水效果好等優(yōu)點(diǎn),考慮到花崗巖殘積土的崩解特性,在花崗巖殘積土發(fā)育地區(qū),地鐵基坑的支護(hù)形式選取地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐支護(hù)型式。在相同條件下,“增量法”深基坑計(jì)算連續(xù)墻水平向位移結(jié)果比“全量法”計(jì)算結(jié)果大,而連續(xù)墻水平位移是衡量基坑穩(wěn)定的重要因素,在花崗巖殘積土地區(qū)的深基坑計(jì)算建議采用“增量法”深基坑分析計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。(7)在統(tǒng)一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下進(jìn)行了花崗巖風(fēng)化層處理方案的比選,基坑內(nèi)降水井處理花崗巖殘積土的方案是最為經(jīng)濟(jì)合理的手段�；娱_挖前至少需要提前20天進(jìn)行降水,降水井必須認(rèn)真設(shè)計(jì),施工時(shí)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工,并嚴(yán)格進(jìn)行施工管理才能達(dá)到基坑內(nèi)降水解決花崗巖殘積土軟化崩解的目的。根據(jù)蘿崗站的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,降水井方案很好地達(dá)到了預(yù)期處理目標(biāo),成功地將基坑水位降至基底以下,有效地控制了花崗巖風(fēng)化層的軟化現(xiàn)象,保證了基坑的安全與穩(wěn)定。(8)通過理論計(jì)算、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等手段,以廣州地鐵蘿崗站明挖基坑為研究對(duì)象,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的嵌固深度進(jìn)行了研究：在不考慮花崗巖殘積土軟化影響時(shí),將原設(shè)計(jì)為8m的地下連續(xù)墻嵌固深度調(diào)整為7m或6m后,基坑安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定仍能得到保證。隨著嵌固深度的增大,基坑向外變形的變化不大,向內(nèi)的變形則逐步減小,鋼支撐的軸力也逐步減小,表明隨著嵌固深度的增大,基坑穩(wěn)定的安全系數(shù)得到了提高。(9)通過數(shù)值模擬區(qū)分采用一次性降水方式還是采用分步降水方式,區(qū)分地下連續(xù)墻是否透水,對(duì)比分析了四種工況下的地下連續(xù)墻水平位移和豎向位移、地下連續(xù)墻的主應(yīng)力、地下連續(xù)墻的彎矩、內(nèi)撐軸力、坑底土體豎向位移、基坑外土體豎向位移等指標(biāo)的變化特點(diǎn)。結(jié)果表明：逐步降水并逐步開挖的情況下,每一次降水均使地下連續(xù)墻下沉,而每一次坑內(nèi)開挖均使地下連續(xù)墻上隆。地下連續(xù)墻豎向位移波動(dòng)變化容易導(dǎo)致墻體開裂,也容易導(dǎo)致墻身和內(nèi)撐的接頭松脫,需引起注意。一次性降水下的地下連續(xù)墻頂最大沉降量至少是分步降水下的2倍,一次性降水下的地下連續(xù)墻最小主壓應(yīng)力是分步降水下的1.3倍。對(duì)比了地下連續(xù)墻水平位移、內(nèi)支撐軸力的數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果,表明現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果相差較小,證明了數(shù)值模擬結(jié)果的參考價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU753

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳仕闊;楊天鴻;王航;劉洪磊;;高富水砂層地鐵豎井動(dòng)態(tài)降水優(yōu)化及固結(jié)變形預(yù)測(cè)[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年09期

2 席承藩;論華南紅色風(fēng)化殼[J];第四紀(jì)研究;1991年01期

3 張寧;陳禮明;;閩南地區(qū)花崗巖風(fēng)化殼的分帶及特征[J];福建地質(zhì);1990年03期

4 任國(guó)林;林玉山;張軍;;廈門花崗巖風(fēng)化殘積土工程地質(zhì)特征及地基承載力研究[J];福建地質(zhì);1990年03期

5 吳振旭,陳為群;閩南地區(qū)花崗巖殘積土層夯擴(kuò)樁的研究[J];福建建筑;1996年S1期

6 袁敏正,竺維彬;盾構(gòu)技術(shù)在廣州地鐵的應(yīng)用及發(fā)展[J];廣東土木與建筑;2004年08期

7 黃志軍;;地鐵中間風(fēng)井深基坑在花崗巖地層中的施工方法[J];廣東土木與建筑;2009年01期

8 林蓬琪;侯萍;;閩南三角地區(qū)花崗巖風(fēng)化殘積土斜坡結(jié)構(gòu)特征及邊坡穩(wěn)定性分析[J];福建地質(zhì);1990年02期

9 趙明華;蘇永華;劉曉明;;湘南紅砂巖崩解機(jī)理研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年01期

10 汪益敏,韓大建,王秉綱;廣東地區(qū)花崗巖風(fēng)化殘積土路塹邊坡的沖刷穩(wěn)定性模糊評(píng)價(jià)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張蓮花;基坑降水引起的沉降變形時(shí)空規(guī)律及降水控制研究[D];成都理工學(xué)院;2001年

2 楊健;工程降水引發(fā)的地面沉降研究[D];中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）;2005年

3 李志勇;公路路基動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法及其在全風(fēng)化花崗巖路基中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2005年

4 王建軍;基坑支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究與數(shù)值分析[D];中國(guó)建筑科學(xué)研究院;2006年

5 邊亦海;基于風(fēng)險(xiǎn)分析的軟土地區(qū)深基坑支護(hù)方案選擇[D];同濟(jì)大學(xué);2006年

6 馬琳;游離氧化鐵對(duì)花崗巖殘積紅土強(qiáng)度增長(zhǎng)的試驗(yàn)及本構(gòu)模型研究[D];吉林大學(xué);2007年

7 劉世奇;有側(cè)向壓力的花崗巖動(dòng)態(tài)直接拉伸力學(xué)特性研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2007年

8 胡云華;高應(yīng)力下花崗巖力學(xué)特性試驗(yàn)及本構(gòu)模型研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2008年

9 包旭范;軟土地基超大型基坑變形控制方法研究[D];西南交通大學(xué);2008年

10 侯永茂;軟土地層中格形地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)性狀研究[D];上海交通大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 張堯;考慮地下水滲流作用的基坑降水工程性狀研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

2 李志強(qiáng);鄭州東區(qū)長(zhǎng)條形基坑降水工程數(shù)值模擬分析[D];鄭州大學(xué);2011年

3 楊潔;華南沿�；◢弾r風(fēng)化殼巖土工程特征變化研究[D];西安科技大學(xué);2004年

4 王立平;基坑水平井降水試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];河南理工大學(xué);2009年

5 劉磊;長(zhǎng)春市工會(huì)大廈深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2012年

6 龔柳;考慮滲流與變形耦合的某地鐵車站基坑變形監(jiān)測(cè)分析[D];長(zhǎng)沙理工大學(xué);2012年

7 寧超;基于空間效應(yīng)的地鐵車站深基坑開挖與支護(hù)的力學(xué)機(jī)理分析[D];北京交通大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：2461207