[发明专利]地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法

说明书

本发明涉及一种地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法。首先，确定上覆土体的基本物理力学参数，包括土体饱和重度、天然状态时粘聚力和内摩擦角、地下管道顶部破洞的宽度、管顶以上淤积水体的深度；而后，计算土体破裂角、土体的有效重度；再而，计算上覆土体空洞形成时的临界粘聚力，并确定土体粘聚力衰减系数；最后，计算出上覆土体空洞形成的时间、管顶以上土体空洞的最大高度、管顶以上土体空洞的最大宽度。本发明能够实现对长条形管道破口处上覆空洞发育情况进行预测。

技术领域

本发明涉及城市地质灾害领域，具体是一种地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法。

背景技术

随着地下管道，如雨水、污水管道使用年限的增加，管道材料随着时间逐渐老化，强度不断降低，在上覆土体等荷载作用下容易出现问题，包括管道顶部出现撕裂、破洞、裂缝和凹陷等问题。对于顶部出现破洞的管道，当下游排水不畅时，容易导致管道水体满管，水体溢出破洞，浸泡上覆土体，导致其强度不断降低，当降低到一定程度时，上覆土体在自重作用下向下滑塌，上覆土体内部出现空洞。当空洞发育到一定规模时，地面整体塌陷，进而诱发其它工程事故。了解空洞的形成时间和范围，对于预测和预防灾害的形成具有重要意义。迄今为止，尚未见到有关空洞形成时间和范围的预测方法，有鉴于此，本发明提出一种预测地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的方法，具有计算简单、准确性高和使用方便的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法，能够实现对长条形管道破口处上覆空洞发育情况进行预测。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法，包括如下步骤：

步骤S1、确定上覆土体的基本物理力学参数，包括土体饱和重度γ_sat、天然状态时粘聚力c₀和内摩擦角

步骤S2、确定地下管道顶部破洞的宽度d；

步骤S3、确定管顶以上淤积水体的深度h；

步骤S4、计算土体破裂角α

步骤S5、计算土体的有效重度γ'

γ'＝γ_sat-10 (2)

步骤S6、根据下式计算上覆土体空洞形成时的临界粘聚力c

步骤S7、根据下式确定土体粘聚力衰减系数n

n＝c/c₀ (4)

步骤S8、根据下式计算出上覆土体空洞形成的时间t

t＝-104.92ln(n)-2.3547 (5)

步骤S9、根据下式确定管顶以上土体空洞的最大高度H

H＝h (6)

步骤S10、根据下式确定管顶以上土体空洞的最大宽度B

B＝d+2hcotα (7)。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明能够实现对长条形管道破口处上覆空洞发育情况进行预测，且具有计算简单、准确性高和使用方便的优点。

具体实施方式

下面，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种地下管道破损导致上覆空洞形成时间和范围的确定方法，包括如下步骤：