【技术实现步骤摘要】
小窑采空区浅埋巷道上覆及侧壁岩土稳定性评价方法
本专利技术涉及一种岩土稳定性的评价方法，特别是一种小窑采空区浅埋巷道上覆及侧壁岩土稳定性评价方法。
技术介绍
小窑采空区采空范围较窄、开采深度较浅，以巷道采掘为主并两边开挖支巷道，分布无规律或呈网格状，单层或多层重叠交错，大多不支撑或临时简单支撑，其地表易产生较大的裂缝、台阶和陷坑，严重威胁地表已建或拟建的建构筑物的安全。为保证小窑采空区地表拟建的建构筑物的安全，需要对小窑采空区进行稳定性评价，以便后续采取措施保证上部结构的安全。为应对突发事件，在某些抢险工程中需要紧急加固小窑采空区地基，于是很有必要应用一种快速简单易行且准确的小窑采空区稳定性评价方法。按照太沙基拱理论，TerzaghiK.RockDefectsandLoadsonTunnelSupport[M].Massachusetts:HarvardUniv.,1946，浅埋洞室存在从底面开始的倾斜破裂面，倾斜破裂面到达洞顶高度后变为竖直破裂面直达地面。太沙基给出洞室顶部岩层中任意点的垂直压力的公式。由于小窑采空区巷道大多不支撑或临时简单支撑，上覆岩土作用于巷道顶部的压力主要由侧壁岩土承担。在这种情况下太沙基拱理论不足以评价小窑采空区的稳定性，这是因为该理论未分析无支撑巷道的侧壁岩土的稳定性。而且，当采用土钉加固上覆岩土时，若要评价已经加固的小窑采空区的稳定性，太沙基拱理论就更无能为力了。中国专利申请201710727470.1公开了在太沙基拱理论所设定的破裂面的基础上提出一种评价小窑采空区稳定性的数值方法。该数值方法分析了侧壁岩土的稳定性，且考虑了土...
【技术保护点】
1.一种小窑采空区浅埋巷道上覆及侧壁岩土稳定性评价方法，沿巷道轴线方向取单位宽度小窑采空区进行分析，将小窑浅埋巷道(1)简化为矩形，设定浅埋巷道(1)的侧壁岩土存在从浅埋巷道(1)底面开始的倾斜破裂面DE和JK，倾斜破裂面DE和JK到达浅埋浅埋巷道(1)顶部高度后变为竖直破裂面EF和KL直达地面(2)，当浅埋巷道(1)完全不加支撑时，倾斜破裂面DE和JK与水平面的夹角为岩土的平均等效内摩擦角
【技术特征摘要】
1.一种小窑采空区浅埋巷道上覆及侧壁岩土稳定性评价方法，沿巷道轴线方向取单位宽度小窑采空区进行分析，将小窑浅埋巷道(1)简化为矩形，设定浅埋巷道(1)的侧壁岩土存在从浅埋巷道(1)底面开始的倾斜破裂面DE和JK，倾斜破裂面DE和JK到达浅埋浅埋巷道(1)顶部高度后变为竖直破裂面EF和KL直达地面(2)，当浅埋巷道(1)完全不加支撑时，倾斜破裂面DE和JK与水平面的夹角为岩土的平均等效内摩擦角采用D点和E点或J点和K点处深度的平均等效内摩擦角两竖直太沙基破裂面间距的一半b、岩土的静止土压力系数k0、第j层土的等效内摩擦角的计算公式，评价小窑采空区的稳定性，其特征在于：无地基处理情况的小窑采空区稳定评价的解析法，包括如下步骤：a、通过现场调查获得地面(2)至浅埋巷道(1)顶部的垂直最短距离H、浅埋巷道(1)在水平方向的最宽尺寸B、浅埋巷道(1)在垂直方向的最宽尺寸h，所述“地面”是指本解析模型的地面(2)，在实际工程中是指对应于地表面或深度小于0.5m的基坑底面，为方便计算，将实际小窑巷道简化为矩形，令实际小窑巷道在水平方向的最宽尺寸B为矩形的浅埋巷道(1)的底边和顶边尺寸，令实际小窑巷道在垂直方向的最宽尺寸h为矩形的浅埋巷道(1)的侧边尺寸，b、通过现场取样与室内试验获得岩土的内摩擦角岩土的黏聚力C、岩土的重度γ，按照式(1)计算倾斜破裂面DE和JK与水平面的夹角式中：为岩土的内摩擦角；C为岩土的黏聚力；γ为岩土的重度，c、按照式(2)计算k0，d、按照式(3)计算b，e、按照上部结构荷载确定均布荷载P0，若上部结构荷载为非均布荷载，需要将非均布荷载等效为均布荷载，等效均布荷载的计算方法详见《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，f、将太沙基破裂面内侧的岩土从小窑采空区地面(2)到浅埋巷道(1)顶部划分成若干层，浅埋巷道(1)侧壁为滑块DEA和滑块JKC，设定各层岩土之间的等效内摩擦角不同，但每层岩土内部各点的等效内摩擦角相等，此时获得每层的厚度Hj，其中下标j是指第j层岩土，取紧贴小窑采空区地面(2)的第1层岩土顶面的竖向应力σvt(j＝1)＝P0，g、按照式(4)计算第1层岩土作用在垂直破裂面上的法向压力σHj，σHj＝k0(σvt+0.5γHj)(4)h、按照式(5)计算第1层岩土在垂直破裂面处的抗剪强度τfj，i、按照式(6)计算第1层的等效内摩擦角j、按照式(7)计算第1层岩土底面的竖向应力σvb，k、按照σvt(j+1)＝σvb(j)，递推下一层的σvt，由此结合式(7)，任意一层岩土的顶面和底面的竖向应力都可递推出来，l、按照步骤g至步骤k的公式，递推下一层的σHj、τfj、σvb、σvt，如此循环直到最后一层，结束递推，m、按照式(8)计算作用在滑块DEA顶面的竖向力FnAE，当FnAE<0时取FnAE＝0，FnAE＝σvb(m)b(8)式中：m是指最后一层岩土，即紧贴浅埋巷道(1)顶面的那一层岩土；n、计算滑块DEA的自重WDEA，取WDEA＝γ×ADEA，ADEA为滑块DEA的横截面积；o、按照式(9)验算滑块DEA的稳定性，滑块DEA的稳定性决定小窑采空区的整体稳定性，滑块DEA的极限平衡式为：式(9)的分子为抗滑力，分母为下滑力，当式(9)等号右边大于1时，滑块DEA稳定；等号右边小于1时，滑块DEA失稳；等号右边等于1时，滑块DEA处于极限平衡状态，设定小窑采空区的形状和外力沿浅埋巷道(1)竖直中轴线左右对称，那么滑块JKC的稳定性评价结果与滑块DEA的稳定性评价结果相同，p、若滑块DEA和滑块JKC稳定，则评价小窑采空区整体稳定；反之评价小窑采空区整体不稳定。2.根据权利要求1所述的小窑采空区浅埋巷道上覆及侧壁岩土稳定性评价方法，其特征在于：有土钉加固情况的小窑采空区稳定性评价的解析法，包括如下步骤：a、通过现场调查获得地面(2)至浅埋巷道(1)顶部的垂直最短距离H、浅埋巷道(1)在水平方向的最宽尺寸B、浅埋巷道(1)在垂直方向的最宽尺寸h，所述“地面”是指本解析模型的地面(2)，在实际工程中是指对应于地表面或深度小于0.5m的基坑底面，为方便计算，将实际小窑巷道简化为矩形，令实际小窑巷道在水平方向的最宽尺寸B为矩形的浅埋巷道(1)的底边和顶边尺寸，令实际小窑巷道在垂直方向的最宽尺寸h为矩形的浅埋巷道(1)的侧边尺寸，b、通过现场取样与室内试验获得岩土的内摩擦角岩土的黏聚力C、岩土的重度γ，按照式(1)计算倾斜破裂面DE和JK与水平面的夹角式中：为岩土的内摩擦角；C为岩土的黏聚力；γ为岩土的重度，c、按照式(2)计算k0，d、按照式(3)计算b，e、按照上部结构荷载确定均布荷载P0，若上部结构荷载为非均布荷载，需要将非均布荷载等效为均布荷载，f、将太沙基破裂面内侧的岩土从小窑采空区地面(2)到浅埋巷道(1)顶部划分成若干层，浅埋巷道(1)侧壁为滑块DEA和滑块JKC，设定各层岩土之间的等效内摩擦角不同，但每层岩土内部各点的等效内摩擦角相等，此时获得每层的厚度Hj，其中下标j是指第j层岩土，取紧贴小窑采空区地面(2)的第1层岩土顶面的竖向应力σvt(j＝1)＝P0，g、按照式(4)计算第1层岩土作用在垂直破裂面上的法向压力σHj，σHj＝k0(σvt+0.5γHj)(4)h、对于有土钉加固的情况，第j层岩土在破裂面处的抗剪强度由两部分组成：该层岩土平均深度的破裂面处的抗剪强度和土钉(3)在破裂面方向贡献的强度，设定土钉(3)在破裂面方向贡献的强度是均匀分布在竖向破裂面的，得到第j层岩土在破裂面处的抗剪强度τfj为：式中：n为穿过破裂面且锚固在破裂面两端岩土的土钉(3)的数量；σs为土钉(3)钉体的应力强度；Ai为第i根土钉(3)钉体的横截面面积；αi为第i根土钉(3)与水平面的夹角，i、按照式(6)计算第1层的等效内摩擦角j、按照式(7)计算第1层岩土底面的竖向应力σvb，k、按照σvt(j+1)＝σvb(j)，递推下一层的σvt，由此结合式(7)，任意一层岩土的顶面和底面的竖向应力都可递推出来，l、按照步骤g至步骤k的公式，递推下一层的σHj、τfj、σvb、σvt，如此循环直到最后一层，结束递推，m、按照式(8)计算作用在滑块DEA顶面的竖向力FnAE，当FnAE<0时取FnAE＝0，FnAE＝σvb(m)b(8)式中：m是指最后一层岩土，即紧贴浅埋巷道(1)顶面的那一层岩土；n、计算滑块DEA的自重WDEA，取WDEA＝γ×ADEA，ADEA为滑块DEA的横截面积；o、按照式(9)验算滑块DEA的稳定性，滑块DEA的稳定性决定小窑采空区的整体稳定性，滑块DEA的极限平衡式为：式(9)的分子为抗滑力，分母为下滑力，当式(9)等号右边大于1时，滑块DEA稳定；等号右边小于1时，滑块DEA失稳；等号右边等于1时，滑块DEA处于极限平衡状态，设定小窑采空区的形状和外力沿浅埋巷道(1)竖直中轴线左右对称，那么滑块JKC的稳定性评价结果与滑块DEA的稳定性评价结果相同，p、若滑块DEA和滑块JKC稳定，则评价小窑采空区整体稳定；反之评价小窑采空区整...
【专利技术属性】
技术研发人员：马少坤，李涛，邵羽，刘莹，段智博，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。