[发明专利]一种基于厚跨比指标的路堤下伏溶洞稳定性分级方法

权利要求书

1.一种基于厚跨比指标的路堤下伏溶洞稳定性分级方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、计算路堤下伏溶洞的极限承载力；

将溶洞顶板等效为具有倾角的固支梁，使用力法计算弯矩，再根据地应力及其应力集中情况修正拉应力，从而得到综合了地应力和顶板倾角的极限承载力；

首先将荷载集度q(x)产生的弯矩记为M_P，将顶板左侧支座处的弯矩记为M_L，将顶板右侧支座处的弯矩记为M_R，根据叠加原理，将荷载集度和支座弯矩产生的弯矩叠加得到总弯矩M(x)：式中，x为位置坐标；θ为顶板倾角；l为溶洞顶板跨度；

使用力法计算弯矩M_L、M_R的具体步骤为：

(1)去掉两侧支座的固支约束，施加简支约束，使其成为简支体系；

(2)利用顶板两侧支座转角等于0的位移条件计算支座弯矩；

δ₁₁、δ₁₂表示简支体系在力矩M_L＝1作用下产生的支座转角；δ₂₁、δ₂₂表示简支体系在力矩M_R＝1作用下产生的支座转角；Δ_1P、Δ_2P表示简支体系在荷载集度q(x)作用下产生的支座转角；

在力矩M_L＝1单独作用下，简支体系的弯矩分布为：

在力矩M_R＝1单独作用下，简直体系的弯矩分布为：

荷载集度q(x)产生的弯矩分布为：

进一步得到：

式中，E为弹性模量；I为惯性矩；

求解得到：

固支体系下的总弯矩M(x)为：

则跨中最大弯矩M_M为：

将沿顶板跨度方向的地应力记为σ_s，由于溶洞的存在，顶板附近发生应力集中：

式中，λ表示跨中应力集中系数，根据《实用应力集中手册》取值；h_r为顶板厚度；b_r为顶板宽度；假设溶洞在宽度方向的形状变化可忽略不计，采用单位宽度计算，即b_r＝1m；

将跨中最大弯矩M_M代入，从而计算得到路堤下伏溶洞极限承载力UBP：

步骤二、确定路堤下伏溶洞的极限厚跨比与安全厚跨比；根据《公路路基设计规范JTGD30-2015》采用厚跨比是否大于0.8作为区分溶洞顶板厚薄的标准，将0.8作为安全厚跨比；根据路堤下伏溶洞极限承载力UBP的表达式，得到路堤下伏溶洞极限厚跨比的表达式为：

在不考虑顶板倾角的情况下，得到简化形式：

步骤三、基于极限厚跨比和安全厚跨比划分溶洞稳定性级别；

若溶洞厚跨比小于极限厚跨比，则判断其处于不稳定状态；若大于极限厚跨比但小于安全厚跨比，则判断其处于临界稳定状态；若大于安全厚跨比，则判断其处于稳定状态。