CN111324960A - 一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其方法为：步骤一、构建含有浅埋隐伏球状空洞地基稳定性分析的空间轴对称计算模型；步骤二、求解得到能够反映含有浅埋隐伏球状空洞围岩空间应力分布的完备解；步骤三、推导得到含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力计算的数学表达式；步骤四、完成对地基承载力的确定。有益效果：具有考虑全面、计算结果结果准确性和可靠性高等优点，能够为含有浅埋隐伏空洞地基失稳防治工作开展提供科学的依据。操作简单，具有实际工程推广的可行性。
Description
技术领域
本发明涉及一种地基承载力的量化方法，特别涉及一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法。
背景技术
目前，中国是世界上岩溶最为发育的国家之一，可溶性岩石的分布面积达到3.43×106km2，占据了国土总面积的1/3。与国外的分布特征不同，在这总共3.43×106km2的可溶性岩石中，仅有1.25×106km2裸露在外，其余均处于隐伏状态。由于具有可溶性的岩石与酸性水体之间的相互作用，在近地表区域就会有隐伏空洞形成。城市是社会的载体，也是人类走向文明的标志。所以，中国在重视发展经济的同时，也稳步推进城市化建设进程。在整个发展过程中，为了满足人们的需求，工程建设在规模和速度上均有大幅度的提升，对于土地占用不断增加。由于土地资源本身用途的转变以及对于灾害易发区不间断地持续开发，与隐伏空洞相关的地基失稳问题成为常见的实际工程问题，其造成的损失涉及农业工程、公路工程、铁路工程、矿业工程以及工业与民用建筑工程等多个方面。因此，含有浅埋隐伏空洞地基失稳灾害的防治工作成为保障国家安全与社会经济发展的重大需求。
为了更好地把握地面塌陷灾害的内涵和外延，国内外学者开展了大量的研究工作，主要集中于定性和定量两个方面。在定性研究方面，研究人员在室内试验和室外踏勘的基础上，总结归纳了地面塌陷的破坏机理。伴随着科学技术的发展和进步，更多的资源共享实现了学科交叉，逻辑回归、模糊理论等被引入，建立了一系列地面塌陷易发性评价模型。在定量研究方面，主要关注隐伏空洞的存在对围岩应力分布的影响和地基稳定性评价的量化指标。
综上所述，为了更好了解地面塌陷灾害的不利影响，学者们开展了广泛而深入的研究，取得了丰硕的成果。对于量化研究而言，一般情况下将问题转化为二维平面问题进行求解，未能充分考虑浅埋目标体的空间三维特性。同时，也未综合考虑外部荷载、岩土体自重，原岩应力的影响。因此，在综合考虑隐伏空洞的几何特征及所受复杂应力的共同作用，提出一种准确的地基承载力量化方法，为本领域技术人员有待考虑的问题。
发明内容
本发明的目的是为了更好了解含有浅埋隐伏空洞地基失稳的不利影响而提供的一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法。
本发明提供的含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其方法如下所述：
步骤一、综合考虑浅埋隐伏球状空洞的空间三维特性、上覆岩土层自重应力、原岩应力和外部竖向荷载的共同作用，构建含有浅埋隐伏球状空洞地基稳定性分析的空间轴对称计算模型；
步骤二、选用球状坐标系，引入拉普位移法，通过理论解析，求解得到能够反映含有浅埋隐伏球状空洞围岩空间应力分布的完备解；
步骤三、将通过理论解析求得的步骤二中的完备解、地面塌陷的破坏模式和莫尔-库伦强度理论相结合，推导得到含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力计算的数学表达式；
步骤四、将实际工程中测得的地层竖向荷载、岩土层重度、岩土体的泊松比、上覆地层厚度和球状空洞的半径数据代入步骤三中的数学表达式进行计算，就可以完成对地基承载力的确定。
步骤一中的空间轴对称计算模型及相关参数如下：
pz—地面所受外部荷载；
p0—原岩地层水平荷载，p0＝μ[pz+γ(h+z)]/(1-μ)；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
步骤二中完备解的计算公式如下：
公式中相关符号的含义如下：
pz—地面所受外部荷载；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
步骤三中的数学表达式如下：
公式中相关符号的含义如下：
c—岩土体的粘聚力，单位kPa；
γ—柱状空洞顶面上覆岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R1—球状空洞的截面半径，单位m。
本发明的有益效果：
本发明提供的含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，综合考虑隐伏球状空洞的空间三维几何特性，上覆岩土层自重应力、原岩应力和外部竖向荷载共同作用，通过理论解析，推导得到顶板承载力量化计算的数学表达式。具有考虑全面、计算结果结果准确性和可靠性高等优点，能够为含有浅埋隐伏空洞地基失稳防治工作开展提供科学的依据。数学表达式中涉及的岩土体的内摩擦角、粘聚力、重度、泊松比等参数可以通过现场勘查取样，通过基本的室内试验取得。而球状空洞的几何尺寸、上覆岩土层厚度等参数可以综合应用地球物理方法确定。操作简单，具有实际工程推广的可行性。
附图说明
图1为本发明所述方法流程示意图。
图2为本发明所述计算模型示意图。
图3为本发明所述试验中关键点的P-S曲线示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图3所示：
本发明提供的含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其方法如下所述：
步骤一、综合考虑浅埋隐伏球状空洞的空间三维特性、上覆岩土层自重应力、原岩应力和外部竖向荷载的共同作用，构建含有浅埋隐伏球状空洞地基稳定性分析的空间轴对称计算模型；
步骤二、选用球状坐标系，引入拉普位移法，通过理论解析，求解得到能够反映含有浅埋隐伏球状空洞围岩空间应力分布的完备解；
步骤三、将通过理论解析求得的步骤二中的完备解、地面塌陷的破坏模式和莫尔-库伦强度理论相结合，推导得到含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力计算的数学表达式；
步骤四、将实际工程中测得的地层竖向荷载、岩土层重度、岩土体的泊松比、上覆地层厚度和球状空洞的半径数据代入步骤三中的数学表达式进行计算，就可以完成对地基承载力的确定。
步骤一中的空间轴对称计算模型及相关参数如下：
pz—地面所受外部荷载；
p0—原岩地层水平荷载，p0＝μ[pz+γ(h+z)]/(1-μ)；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
步骤二中完备解的计算公式如下：
公式中相关符号的含义如下：
pz—地面所受外部荷载；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
步骤三中的数学表达式如下：
公式中相关符号的含义如下：
c—岩土体的粘聚力，单位kPa；
γ—柱状空洞顶面上覆岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R1—球状空洞的截面半径，单位m。
下面结合附图和某工程为例，对本发明具体实施方式作进一步的详细说明。
根据某项目初勘报告显示，巨厚的石灰岩为勘察场地岩性的主要成分。同时，钻孔机地质雷达等物探技术查明存在球状溶洞与本文的研究背景相吻合。依据勘察报告提供的相关参数以及现场地质雷达探测得到的二维地质雷达图像的解译结果，确定研究区域的物理力学参数如表1所示：
表1研究区域的物理力学参数
将表1的相关系数代入(2.1)-(2.2)中，可以得到pz3＝88.16MPa，pz4＝37.94MPa。选取其中为正值且数值较小的作为顶板承载力，所以，最终确定顶板承载力为37.94MPa。
图3中显示在施加的竖向荷载值达到36MPa之后再增加0.1MPa，在关键点的竖向位移上会产生很大的突变。与此同时，从数值模拟得到的塑性区的变化可以发现，其经历力了一个从没有出现塑性区，到在溶洞两侧出现屈服，到最终形成到达地面的贯通滑动面整个过程。当施加的竖向荷载达到36MPa时也形成了与地面贯通的滑动面。综合运用上述两者的结论，最终确定突变点36MPa作为顶板承载力。
通过上述理论计算结果和数值模拟结果对比可以看出，两种方法的计算结果一致性较强，数值上的误差不超过5％，吻合度较高。
Claims (4)
1.一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其特征在于：其方法如下所述：
步骤一、综合考虑浅埋隐伏球状空洞的空间三维特性、上覆岩土层自重应力、原岩应力和外部竖向荷载的共同作用，构建含有浅埋隐伏球状空洞地基稳定性分析的空间轴对称计算模型；
步骤二、选用球状坐标系，引入拉普位移法，通过理论解析，求解得到能够反映含有浅埋隐伏球状空洞围岩空间应力分布的完备解；
步骤三、将通过理论解析求得的步骤二中的完备解、地面塌陷的破坏模式和莫尔-库伦强度理论相结合，推导得到含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力计算的数学表达式；
步骤四、将实际工程中测得的地层竖向荷载、岩土层重度、岩土体的泊松比、上覆地层厚度和球状空洞的半径数据代入步骤三中的数学表达式进行计算，就可以完成对地基承载力的确定。
2.根据权利要求1所述的一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其特征在于：所述的步骤一中的空间轴对称计算模型及相关参数如下：
pz—地面所受外部荷载；
p0—原岩地层水平荷载，p0＝μ[pz+γ(h+z)]/(1-μ)；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
3.根据权利要求1所述的一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其特征在于：所述的步骤二中完备解的计算公式如下：
公式中相关符号的含义如下：
pz—地面所受外部荷载；
γ—岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R—任一点距离球状空洞中心的距离，单位m。
4.根据权利要求1所述的一种含有浅埋隐伏球状空洞地基承载力的量化方法，其特征在于：所述的步骤三中的数学表达式如下：
公式中相关符号的含义如下：
c—岩土体的粘聚力，单位kPa；
γ—柱状空洞顶面上覆岩土层重度，单位kN.m；
μ—岩土体的泊松比；
h—上覆地层厚度，单位m；
R1—球状空洞的截面半径，单位m。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107229603A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-10-03 | 重庆大学 | 一种空洞型岩溶地面稳定性评估方法 |
| CN110377990A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-10-25 | 北京交通大学 | 重力作用下含空洞地层浅埋隧道围岩应力及位移求解方法 |
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