岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法

摘要

本发明涉及一种溶洞型地基稳定性评价方法，尤其涉及一种岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，主要解决现阶段岩溶地基稳定性综合预测方法发展还不够成熟，且评判模型建立基于不同的角度，导致影响因素的可靠性大大降低的问题。本发明的具体方案是依据karst岩溶地基塌陷的致塌机理，推导和建立溶洞上覆土层垂向应力与溶洞上覆土层极限垂向应力之间的关系，提出了一种确定岩溶地基塌陷的失稳风险评价参数，并建立了岩溶地基失稳风险评价参数与稳定性系数之间一一对应的关系。该方法具有明确的稳定性判据，且简便实用，对岩溶地区地基塌陷的有效预测与防治具有重要的实用价值。

主权项

一种岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，测定岩溶地基地下隐伏溶洞直径、溶洞高度及盖层土体厚度：确定岩溶塌陷区隐伏地下岩溶溶洞的地面投影圆周、溶洞高度h及盖层土体厚度H，并将地下隐伏岩溶溶洞的地面投影圆周直径确定为D；对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实际垂直地面投影面积S的等效圆周面积确定其等效塌陷坑土洞直径D，$D=2\sqrt{\frac{S}{\pi }};$步骤二，测定岩溶地基地下隐伏溶洞上覆土层的物理力学参数值：对岩溶地基地下隐伏溶洞上覆土层进行取样并测定相应的物理力学参数值，即不同土层的内聚力c、内摩擦角容重γ、土的侧向压力系数k₀；步骤三，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定：根据隐伏溶洞形态与上覆土层应力分布特点，将隐伏溶洞断面简化为矩形地下硐室形状，并运用库伦‑摩尔强度准则可确定地下隐伏岩溶溶洞上覆土层垂向应力：式中：γ为溶洞上覆土层容重，当溶洞上覆土层由不同厚度d且性质各异的土层构成时，取其加权平均容重H₀为溶洞顶板到基础底面的高度，H₀＝H‑d；步骤四，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力的确定：对于岩溶溶洞型地基，其溶洞顶板所受致塌力主要为岩土体重力与建筑物及基础重量所产生的附加力；浅埋溶洞上覆土层极限垂向应力为溶洞覆盖层岩土体自重应力与上覆土层滑动范围内地表荷载传递到溶洞顶板的附加应力之和：$q_{\lim }=\gamma H+p_0{e}^{-\frac{k_0{H}_{0}tan\phi }{a_1}}$步骤五，岩溶地基失稳风险评价参数的确定：岩溶地基失稳风险评价参数指的是岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力与岩溶地基隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力之比，即：$\lambda =\frac{q}{q_{\lim }}$当q≤0时，表明岩溶地基稳定；当q＞0时，0<λ<1；λ＝1表明溶洞顶板承受了全部建筑物附加荷载和岩土体自重应力，岩土体抗塌陷强度为零，其q＝q_lim，此时岩溶溶洞地基处于失稳状态；λ＝0表明溶洞顶板岩土体没有产生任何垂向附加应力，溶洞顶板岩土体处于稳定状态，此时岩溶溶洞地基处于整体稳定状态；步骤六，岩溶溶洞地基塌陷风险评价与预测：根据损伤力学的基本原理及损伤变量与岩溶地基稳定性系数的关系，将岩溶地基稳定性系数F_t重新定义为极限损伤变量D_lim(其值取1)与任意损伤变量D_t之比，即，$F_t=\frac{1}{D_t}$并确定岩溶地基失稳风险评价参数λ与地基稳定性系数F_t的定量关系如下：${\lambda }_t=\frac{1}{F_t}$将岩溶地基安全系数K进行划分：K＜2.0，岩溶地基不稳定；2.0≤K＜2.5，岩溶地基欠稳定；2.5≤K＜3.0，岩溶地基基本稳定；K≥3.0，岩溶地基稳定；由上式确定岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险评价参数临界值λ_cr：${\lambda }_{cr}=\frac{1}{K}$根据岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险评价参数临界值，对岩溶地基的稳定性进行风险评价如下：当λ_cr＞0.5时，岩溶地基不稳定；0.4＜λ_cr≤0.5时，岩溶地基欠稳定；0.333＜λ_cr≤0.4时，岩溶地基基本稳定；λ_cr≤0.333时，岩溶地基稳定。