一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法技术

本发明专利技术公开了一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，涉及深基坑开挖技术领域，本发明专利技术提出了一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法；该方法获得的溶洞顶板厚度处理范围更为准确，更贴合实际情况地进行了数值模拟，提出的地连墙弯矩值或者R值均可以在实际工程中监测获得，为工程实践提供应用和指导价值，具有较强的实用性。具有较强的实用性。具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法


[0001]本专利技术涉及深基坑开挖
，尤其涉及一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法。

技术介绍

[0002]我国南方的地层中埋藏岩溶较多，发育广泛，具有裂隙水含量高、易崩塌、形态多变和分布不规则的特点。在不断增加的轨道交通建设过程中，难免会遇到岩溶所带来的施工问题。在深基坑施工中稍有不慎就可能引起岩溶塌陷、围护结构变形倒塌等灾害，影响施工进度，污染生态环境，严重时危害人民的生命财产安全，同时地铁车站的建设一般位于城市繁华地段，施工时会占据大量场地，制造噪音，扰动周边土体等，为减小对周边环境的影响，常采用地下连续墙作为基坑的围护结构。当连续墙位于溶洞顶板上时，岩溶的存在将对围护结构稳定性产生显著影响，容易导致墙
‑
溶洞体系的失稳破坏。当溶洞顶板岩体完好、强度高并有一定厚度时，可将岩溶顶板作为持力层，但是必须对岩溶顶板的最小安全厚度进行判断，以保证墙
‑
溶洞体系的安全性。
[0003]目前，现有研究及已有的专利技术表明，针对岩溶地区车站基坑开挖提出的溶洞处理方法对溶洞顶板的最小厚度研究不足，溶洞处理范围判断缺少依据，更多是依赖于工程经验。现有通过数值模拟手段判断围护结果的稳定性研究多数是考虑溶洞的二维条件，对基坑开挖模拟也较为粗糙，由此导致部分数值模拟结果与实际工程差异较大。在实际施工中缺少溶洞顶板最小安全厚度的判断方法，容易造成溶洞处理范围不准确，导致部分数值模拟结果与实际工程差异较大，不仅降低了施工效率，还给开挖施工埋下安全隐患。
[0004]目前，关于溶洞失稳机理研究主要是针对桩基础开展的，没有考虑基坑施工过程中降水以及开挖卸载扰动效应。因此，岩溶地区深大基坑开挖扰动引起地下连续墙邻近溶洞失稳机理仍需进一步探索。开发一种岩溶地区车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度判断方法，采用孔隙流体扩散与应力耦合分析对基坑开挖进行模拟。同时，揭示基坑开挖扰动引起墙
‑
溶洞体系失稳机理，对岩溶地区车站基坑开挖稳定性问题具有重要指导价值和工程实践意义。
[0005]岩溶地层车站基坑开挖过程中，当岩土体塑性应变的累计，即有效塑性应变达到或超过临界值时，将行成连续贯通的塑性变形区，将产生剪切破坏，引起较大位移从而导致失稳。
[0006]因此，可以通过观察基坑周边的岩土体在开挖过程中产生的塑性变形区与溶洞自身塑性变形区是否贯通、地连墙墙脚两侧的孔隙水压差增速变化、地连墙法相方向的弯矩值随开挖深度增加而减小来判断溶洞顶板的最小厚度。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供了一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，给出不同工况下的墙
‑
溶洞体系破坏类型模式，判断溶洞顶板的最小厚度，具有重要实
际工程应用价值。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，包括以下步骤：
[0010]S1：根据地质勘查报告获得基坑所在位置的地层剖面参数；根据基坑施工影响范围内溶洞的基本特征及分布情况，获取代表性溶洞参数；根据施工设计资料获取基坑围护结构施工参数；
[0011]S2：根据地层剖面参数建立三维有限元计算模型；
[0012]S3：根据代表性溶洞参数建立土层
‑
溶洞有限元模型；
[0013]S4：根据基坑围护结构施工参数建立土层
‑
溶洞
‑
地连墙有限元模型，模拟基坑开挖过程；
[0014]S5：利用S4中土层
‑
溶洞
‑
地连墙有限元模型结果、地连墙法相方向的弯矩值My、溶洞顶板的塑性变形和地连墙墙脚两侧的孔隙水压差增速R，获得基坑开挖溶洞顶板最小安全厚度。
[0015]上述的方法，可选的，
[0016]S1中根据地质勘查报告获得基坑所在位置的地层剖面参数包括：周边环境情况，地层的水平分层情况，各地层容重γ、弹性模量E、内摩擦角ψ、粘聚力c及渗透系数k，地下水位高度；
[0017]S1中根据地质勘查报告统计在基坑施工影响范围内溶洞的基本特征及分布情况包括：溶洞平均横向长度x
溶洞
、平均纵向宽度y
溶洞
、平均高度z
溶洞
、溶洞灌浆料容重γ
灌浆
及溶洞与基坑的相对位置；
[0018]S1中根据溶洞的基本特征及分布情况得到代表性溶洞参数包括：若代表性溶洞的形态为矩形，其几何尺寸与溶洞相同，分别为平均横向长度x
溶洞
、平均纵向宽度y
溶洞
、平均高度z
溶洞
；代表性溶洞的容重γ
溶洞
与灌浆料容重γ
灌浆
相同；代表性溶洞与基坑的相对位置关系为代表性溶洞位于地连墙正下方；代表性溶洞与地连墙之间的垂直距离表示为d，即溶洞顶板厚度d；
[0019]S1中根据施工设计资料获取基坑围护结构施工参数包括：基坑几何尺寸x
基坑
×
y
基坑
×
z
基坑
及围护结构的布置情况；地连墙厚度及深度、密度、泊松比、弹性模量；内支撑截面尺寸、密度、泊松比、弹性模量；立柱截面尺寸及深度、密度、泊松比、弹性模量；降水井截面尺寸及深度、密度、泊松比、弹性模量；底板截面尺寸、密度、泊松比、弹性模量。
[0020]上述的方法，可选的，S2中建立三维有限元计算模型的尺寸如下：基坑外水平方向长度X和宽度Y取基坑开挖深度H
m
的3～5倍，模型基坑外竖直方向Z取基坑开挖深度H
m
的2～4倍；三维有限元计算模型的尺寸大于基坑开挖的影响区，满足以下公式：
[0021]X
模型
≥x
基坑
+8H
m
，Y
模型
≥y
基坑
+8H
m
，Z
模型
≥z
基坑
+3H
m
。
[0022]上述的方法，可选的，S3中土层
‑
溶洞有限元模型的建立包括：在三维有限元计算模型的基础上，根据基坑所在位置并通过代表性溶洞与基坑的相对位置关系及距离在对应的位置将原有土体模型替换为代表性溶洞模型，建立土层
‑
溶洞有限元模型。
[0023]上述的方法，可选的，S4中建立土层
‑
溶洞
‑
地连墙有限元模型包括：在土层
‑
溶洞有限元模型基础上，根据基坑围护结构施工参数建立基坑围护结构模型，基坑围护结构模型包括内支撑模型、地连墙模型、立柱模型、降水井模型以及底板模型，通过基坑围护结构
布置情况将上述模型进行组合，并在模拟开挖过程中逐步将原有的土体模型进行替换。
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据地质勘查报告获得基坑所在位置的地层剖面参数；根据基坑施工影响范围内溶洞的基本特征及分布情况，获取代表性溶洞参数；根据施工设计资料获取基坑围护结构施工参数；S2：根据地层剖面参数建立三维有限元计算模型；S3：根据代表性溶洞参数建立土层
‑
溶洞有限元模型；S4：根据基坑围护结构施工参数建立土层
‑
溶洞
‑
地连墙有限元模型，模拟基坑开挖过程；S5：利用S4中土层
‑
溶洞
‑
地连墙有限元模型结果、地连墙法相方向的弯矩值M
y
、溶洞顶板的塑性变形和地连墙墙脚两侧的孔隙水压差增速R，获得基坑开挖溶洞顶板最小安全厚度。2.根据权利要求1所述的一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，其特征在于，S1中根据地质勘查报告获得基坑所在位置的地层剖面参数包括：周边环境情况，地层的水平分层情况，各地层容重Υ、弹性模量E、内摩擦角ψ、粘聚力c及渗透系数k，地下水位高度；S1中根据地质勘查报告统计在基坑施工影响范围内溶洞的基本特征及分布情况包括：溶洞平均横向长度x
溶洞
、平均纵向宽度y
溶洞
、平均高度z
溶洞
、溶洞灌浆料容重Υ
灌浆
及溶洞与基坑的相对位置；S1中根据溶洞的基本特征及分布情况得到代表性溶洞参数包括：若代表性溶洞的形态为矩形，其几何尺寸与溶洞相同，分别为平均横向长度x
溶洞
、平均纵向宽度y
溶洞
、平均高度z
溶洞
；代表性溶洞的容重Υ
溶洞
与灌浆料容重Υ
灌浆
相同；代表性溶洞与基坑的相对位置关系为代表性溶洞位于地连墙正下方；代表性溶洞与地连墙之间的垂直距离表示为d，即溶洞顶板厚度d；S1中根据施工设计资料获取基坑围护结构施工参数包括：基坑几何尺寸x
基坑
×
y
基坑
×
z
基坑
及围护结构的布置情况；地连墙厚度及深度、密度、泊松比、弹性模量；内支撑截面尺寸、密度、泊松比、弹性模量；立柱截面尺寸及深度、密度、泊松比、弹性模量；降水井截面尺寸及深度、密度、泊松比、弹性模量；底板截面尺寸、密度、泊松比、弹性模量。3.根据权利要求1所述的一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，其特征在于，S2中建立三维有限元计算模型的尺寸如下：基坑外水平方向长度X和宽度Y取基坑开挖深度H
m
的3～5倍，模型基坑外竖直方向Z取基坑开挖深度H
m
的2～4倍；三维有限元计算模型的尺寸大于基坑开挖的影响区，满足以下公式：X
模型
≥x
基坑
+8H
m
，Y
模型
≥y
基坑
+8H
m
，Z
模型
≥z
基坑
+3H
m
。4.根据权利要求1所述的一种岩溶地层车站基坑开挖溶洞顶板最小厚度的判断方法，其特征在于，S3中土层
‑
溶洞有限元模型的建立包括：在三维有限元计算模型的基础上，根据基坑所在位置并通过代表性溶洞与基坑的相对位置关系及距离在对应的位置将原有土体模型替
换为代表性溶洞模型，建立土层
‑
溶洞有限元模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继超，刘超，郑爽，幸厚冰，魏东，邱运军，林焙淳，
申请(专利权)人：广州大学中国建筑第四工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：