CN115114700A - 一种城市道路塌陷的防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及城市道路技术领域，且公开了一种城市道路塌陷的防治方法，对城市道路塌陷成因与机理进行分析，进行城市道路塌陷的试验研究，对隐伏土洞演化过程进行分析。该城市道路塌陷的防治方法，通过对地下空洞引起的地面塌陷机理进行深入研究，分析地下空洞条件下地面塌陷的形成机理、影响因素，结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，并提出基于道路塌陷的水平加筋路基荷载传递机制、延迟效应、设计方法研究，为地陷预测和防控提供指导；结合室内模型试验和数值分析，揭示土洞发生、发育的演化过程，路基变形响应、稳定性演化和坍塌的全过程，揭示地层条件、管道渗漏对隐伏土洞发生发展。
Description
技术领域
本发明涉及城市道路技术领域，具体为一种城市道路塌陷的防治方法。
背景技术
目前对地面塌陷机理的研究主要体现在四个方面：一是对已发生的地面塌陷案例进行成因调查分析，得到地面塌陷成因分类，推测地面塌陷机理；二是使用地质雷达等物探技术对隐伏地下空洞进行探测，结合地质条件，得到隐伏空洞的存在性与具体位置；三是通过数值模拟与理论分析对地面塌陷机制进行模拟研究，得到地面塌陷机制与受力模式；四是基于室内渗流试验，给出渗透稳定性经验公式，揭示了造成土体塌陷的机理。
目前对地面塌陷研究关注较多的是岩溶塌陷，研究岩溶塌陷的理论、方法较成熟。城市路面塌陷具有难预测性、突发性与破坏性大等特征，其所造成的人民生命财产的重大损失与社会影响不可忽视，其引发的社会关注、造成的社会影响更是不容忽视，因此，研究城市路面塌陷的成因、机理和防治措施具有重要的工程价值和积极的现实意义。
城市路面塌陷事故的不断发生，究其原因，主要是目前对城市路面下空洞形成的机理分析、发展规律尚没有形成很完整的理论体系，因此对其成因机制的研究及有效防治措施和管理体系的制定已迫在眉睫，因此，提出一种城市道路塌陷的防治方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市道路塌陷的防治方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种城市道路塌陷的防治方法，包括以下步骤：
1)首先对城市道路塌陷成因与机理进行分析；
2)接着进行城市道路塌陷的试验研究；
3)对隐伏土洞演化过程和路基稳定性数值进行分析；
4)研究抵抗道路塌陷的水平加筋路基的荷载传递机理；
5)接着对渐进破坏机理与破坏模式进行研究；
6)最后提出抵抗道路塌陷的水平加筋路基设计方法与失稳破坏防治措施。
优选的，所述步骤1中首先收集和调研待测城市路面塌陷的相关资料，通过塌陷案例，分析城市地陷的成因，接着统计各类地陷成因(地层条件、管道渗漏、管道土压力、交通荷载等)的比例；最后分析城市地陷的发育过程和发生机理。
优选的，所述步骤2中根据城市地陷成因调研结果和分类特点，开展城市道路塌陷室内模型试验研究，研究管道渗漏、隐伏土洞形成、路基变形、道路崩塌的发展过程，并分析土层条件、水文条件、地面交通荷载等因素的影响。
优选的，所述步骤2中开展抵抗道路塌陷的水平加筋路堤室内模型试验研究，根据土洞、土工加筋体、路基填土的协调作用的特点，研究水平加筋体对土洞坍塌的延迟效应。
优选的，所述步骤3中首先结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，分析城市道路隐伏土洞的发生、发展的演化过程、上覆道路路基的变形及坍塌规律、路基在土洞演化过程中的稳定性演化过程。
优选的，所述步骤4中根据土工合成材料加筋与加筋垫层的作用，研究受土洞影响下的加筋路基荷载传递机理，结合模型试验和数值分析，研究土拱效应及其作用机理，推导出受土洞影响的复杂条件下加筋路堤拱效应计算方法。
优选的，所述步骤5中采用有限元极限分析方法、上限定理有限元或下限定理有限元法分析土洞上方和临近加筋路堤整体破坏模式，剪切带的分布和发展规律，进行城市道路塌陷灾害影响下的加筋路堤稳定性的研究；采用三维弹塑性大变形有限元法分析塌陷土洞上方和临近路堤整体渐变破坏机理，研究不同影响因素和工况下破坏演变过程和延迟失稳效应，揭示水平加筋路基荷载传递机制和延迟土体坍塌的机理。
优选的，所述步骤6中结合模型试验和数值分析结果，建立考虑加筋体和加筋土层、土洞大小，上覆土层以及路堤各部分的协调变形与相互作用分析模型，考虑加筋体的变形(包括与界面土体相对位移情况)，提出改进的加筋张拉效应的计算方法，确定加筋体的最优设计途径，考虑渐进破坏机理，提出城市道路塌陷灾变影响下加筋路堤的完整设计方法，确定方法的适用条件，提出经济有效的破坏控制措施以及延迟失稳的措施。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该城市道路塌陷的防治方法，通过对地下空洞引起的地面塌陷机理进行深入研究，分析地下空洞条件下地面塌陷的形成机理、影响因素，结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，并提出基于道路塌陷的水平加筋路基荷载传递机制、延迟效应、设计方法研究，为地陷预测和防控提供指导；结合室内模型试验和数值分析，揭示土洞发生、发育的演化过程，路基变形响应、稳定性演化和坍塌的全过程，揭示地层条件、管道渗漏对隐伏土洞发生发展；以及路堤坍塌的影响机制；揭示受土洞塌陷影响的水平加筋路基渐进破坏演变特性，诠释土洞坍塌作用下土工加筋材料所起作用的路基沉降与失稳延迟效应机理；提出受土洞塌陷影响的水平加筋路基稳定分析和设计方法。
附图说明
图1为本发明主体技术研究路线连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种城市道路塌陷的防治方法，包括以下步骤：
1)首先对城市道路塌陷成因与机理进行分析
首先收集和调研待测城市路面塌陷的相关资料，通过塌陷案例，分析城市地陷的成因，接着统计各类地陷成因(地层条件、管道渗漏、管道土压力、交通荷载等)的比例；最后分析城市地陷的发育过程和发生机理；
2)接着进行城市道路塌陷的试验研究
根据城市地陷成因调研结果和分类特点，开展城市道路塌陷室内模型试验研究，研究管道渗漏、隐伏土洞形成、路基变形、道路崩塌的发展过程，并分析土层条件、水文条件、地面交通荷载等因素的影响，开展抵抗道路塌陷的水平加筋路堤室内模型试验研究，根据土洞、土工加筋体、路基填土的协调作用的特点，研究水平加筋体对土洞坍塌的延迟效应；
3)对隐伏土洞演化过程和路基稳定性数值进行分析
首先结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，分析城市道路隐伏土洞的发生、发展的演化过程、上覆道路路基的变形及坍塌规律、路基在土洞演化过程中的稳定性演化过程；
4)研究抵抗道路塌陷的水平加筋路基的荷载传递机理
根据土工合成材料加筋与加筋垫层的作用，研究受土洞影响下的加筋路基荷载传递机理，结合模型试验和数值分析，研究土拱效应及其作用机理，推导出受土洞影响的复杂条件下加筋路堤拱效应计算方法；
5)接着对渐进破坏机理与破坏模式进行研究
采用有限元极限分析方法、上限定理有限元或下限定理有限元法分析土洞上方和临近加筋路堤整体破坏模式，剪切带的分布和发展规律，进行城市道路塌陷灾害影响下的加筋路堤稳定性的研究；采用三维弹塑性大变形有限元法分析塌陷土洞上方和临近路堤整体渐变破坏机理，研究不同影响因素和工况下破坏演变过程和延迟失稳效应，揭示水平加筋路基荷载传递机制和延迟土体坍塌的机理；
6)最后提出抵抗道路塌陷的水平加筋路基设计方法与失稳破坏防治措施
结合模型试验和数值分析结果，建立考虑加筋体和加筋土层、土洞大小，上覆土层以及路堤各部分的协调变形与相互作用分析模型，考虑加筋体的变形(包括与界面土体相对位移情况)，提出改进的加筋张拉效应的计算方法，确定加筋体的最优设计途径，考虑渐进破坏机理，提出城市道路塌陷灾变影响下加筋路堤的完整设计方法，确定方法的适用条件，提出经济有效的破坏控制措施以及延迟失稳的措施，该城市道路塌陷的防治方法，通过对地下空洞引起的地面塌陷机理进行深入研究，分析地下空洞条件下地面塌陷的形成机理、影响因素，结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，并提出基于道路塌陷的水平加筋路基荷载传递机制、延迟效应、设计方法研究，为地陷预测和防控提供指导，结合室内模型试验和数值分析，揭示土洞发生、发育的演化过程，路基变形响应、稳定性演化和坍塌的全过程，揭示地层条件、管道渗漏对隐伏土洞发生发展；以及路堤坍塌的影响机制；揭示受土洞塌陷影响的水平加筋路基渐进破坏演变特性，诠释土洞坍塌作用下土工加筋材料所起作用的路基沉降与失稳延迟效应机理；提出受土洞塌陷影响的水平加筋路基稳定分析和设计方法。
使用时，通过实际工程数据的收集和分析，通过土体与土工加筋材料界面直剪试验和接触面本构特性研究，为加筋体张拉效应的计算理论和研究对象整体协调变形和相互作用分析模型建立奠定基础和提供依据；展开土洞塌陷室内模型试验，研究管线漏水对路基土体的浸蚀作用以及土洞的发生发展特性；研究土洞坍塌影响下的路基内部应力重分布与土拱效应演化规律；展开土洞塌陷作用下的路基失稳演化和破坏延迟破坏模型试验；提出土拱效应的计算新模型；应用Pasternak地基上的弹性地基梁，提出加筋张拉效应分析模型；建立受土洞塌陷作用下邻近加筋路堤承载性能和沉降的力学分析模型，展开参数影响分析；采用拉格朗日-欧拉大变形(ALE)有限元和颗粒离散元(PDEM)数值分析技术，深入研究路基土体受漏水浸蚀的机理、土洞坍塌作用下加筋路堤的承载特性和沉降特性，揭示研究土洞塌陷情况下加筋路堤应力传递机制、路基渐进破坏演化过程，加筋体起到的延迟沉降和失稳作用效应及整体坍塌破坏机制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先对城市道路塌陷成因与机理进行分析；
2)接着进行城市道路塌陷的试验研究；
3)对隐伏土洞演化过程和路基稳定性数值进行分析；
4)研究抵抗道路塌陷的水平加筋路基的荷载传递机理；
5)接着对渐进破坏机理与破坏模式进行研究；
6)最后提出抵抗道路塌陷的水平加筋路基设计方法与失稳破坏防治措施。
2.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤1中首先收集和调研待测城市路面塌陷的相关资料，通过塌陷案例，分析城市地陷的成因，接着统计各类地陷成因(地层条件、管道渗漏、管道土压力、交通荷载等)的比例；最后分析城市地陷的发育过程和发生机理。
3.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤2中根据城市地陷成因调研结果和分类特点，开展城市道路塌陷室内模型试验研究，研究管道渗漏、隐伏土洞形成、路基变形、道路崩塌的发展过程，并分析土层条件、水文条件、地面交通荷载等因素的影响。
4.根据权利要求3所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤2中开展抵抗道路塌陷的水平加筋路堤室内模型试验研究，根据土洞、土工加筋体、路基填土的协调作用的特点，研究水平加筋体对土洞坍塌的延迟效应。
5.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤3中首先结合案例调研和室内模型试验，采用数值分析方法，对城市道路塌陷的全过程进行数值模拟，分析城市道路隐伏土洞的发生、发展的演化过程、上覆道路路基的变形及坍塌规律、路基在土洞演化过程中的稳定性演化过程。
6.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤4中根据土工合成材料加筋与加筋垫层的作用，研究受土洞影响下的加筋路基荷载传递机理，结合模型试验和数值分析，研究土拱效应及其作用机理，推导出受土洞影响的复杂条件下加筋路堤拱效应计算方法。
7.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤5中采用有限元极限分析方法、上限定理有限元或下限定理有限元法分析土洞上方和临近加筋路堤整体破坏模式，剪切带的分布和发展规律，进行城市道路塌陷灾害影响下的加筋路堤稳定性的研究；采用三维弹塑性大变形有限元法分析塌陷土洞上方和临近路堤整体渐变破坏机理，研究不同影响因素和工况下破坏演变过程和延迟失稳效应，揭示水平加筋路基荷载传递机制和延迟土体坍塌的机理。
8.根据权利要求1所述的一种城市道路塌陷的防治方法，其特征在于：所述步骤6中结合模型试验和数值分析结果，建立考虑加筋体和加筋土层、土洞大小，上覆土层以及路堤各部分的协调变形与相互作用分析模型，考虑加筋体的变形(包括与界面土体相对位移情况)，提出改进的加筋张拉效应的计算方法，确定加筋体的最优设计途径，考虑渐进破坏机理，提出城市道路塌陷灾变影响下加筋路堤的完整设计方法，确定方法的适用条件，提出经济有效的破坏控制措施以及延迟失稳的措施。
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