大量工程实践经验表明,岩溶区下伏空洞桩端岩石地基具有一定的自承能力,且能满足上部结构荷载的需求,如充分加以利用,可降低施工难度及成本。然而下伏空洞岩石地基承载能力的计算方法相对落后于实践。因此,开展下伏空洞岩石地基极限承载力的研究对于完善特殊地基承载力理论和指导下伏空洞地基的工程设计具有重要意义。空洞岩石地基承载力不仅与岩石力学特性、岩石结构面、空洞分布、基础岩面起伏有关,还与顶板厚度、基础尺寸、空洞形状和岩石破坏模式等因素有关。然而目前大多研究重点为顶板厚度对空洞地基极限承载力的研究,关于跨度及荷载位置偏移量对空洞地基极限承载力的解析理论鲜有报道。本文首先通过室内模型试验,采用石膏、水泥、砂、黏土等材料模拟岩溶基岩,进行小型荷载板试验,对不同顶板厚度,空洞跨度,荷载位置偏移量下空洞顶板承载特性进行研究,得到不同工况下空洞顶板的破坏模式及极限荷载。然后以试验结果为依据对破坏模式进行了简化,采用极限分析法构造了合理速度场,建立分别考虑荷载位置偏移量和空洞跨度的空洞地基极限承载力计算公式,采用优化程序得到其上限解,并与试验结果进行对比分析,验证其合理性,进一步分析相关参数对空洞地基极限承载力的影响。得到以下结论:(1)随着荷载位置偏移量的增大,空洞地基破坏模式由冲切破坏,向双对数螺旋破坏演变,最后发展成为Prandtl破坏。(2)当荷载位置偏移量和空洞跨度一定时,下伏圆形空洞岩石地基极限承载力随顶板厚度大致呈线性增长,当基岩厚度达到3d时,不同工况下下承载力均接近完整基岩承载力,空洞对承载力影响可忽略。(3)当岩石地基厚度h一定时,随着荷载位置偏移量e的增大,岩石地基极限承载力呈非线性增长,当偏心到一定距离时,空洞岩石地基承载力无影响,达到完整基岩承载力。h/d=1时,e=5d左右达到临界值;h/d=2时,e=4d左右达到临界值,h/d=3时,e=3d左右达到临界值。因此在设计时,不能仅考虑岩石地基厚度,还应考虑荷载位置偏移量。(4)岩石地基厚度d和荷载位置偏移量e一定时,随着内摩擦角的增大,岩石地基极限承载力呈非线性增长,当内摩擦角低于20°时,极限承载力的增长曲线较为平缓,当内摩擦角超过20°时,极限承载力的增长曲线越来越陡,因此在设计时,应合理选取参数。(5)在同一顶板厚度h/d下,极限承载力系数曲线前期随着空洞跨度l的增加承载力系数Nc下降比较快,空洞跨度l达到临界跨度时极限承载力系数Nc大致趋于稳定;结合数据得出了空洞临界跨度与顶板厚度的关系表达式,得到其呈线性关系;当空洞跨度l为0.5d,顶板厚度h/d为1.0～2.5时,需要考虑洞体对地基极限承载力的影响。