[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

说明书

一种基于厚跨比指标的路堤下伏溶洞稳定性分级方法，包括：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；步骤二、确定路堤下伏溶洞的极限厚跨比与安全厚跨比；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。本发明将稳定性划分为不稳定、临界稳定和稳定三个等级，解决了以往判据过于单一、判别结果过于保守且“一刀切”的问题。

技术领域

本发明属于路基修筑领域，具体为一种基于厚跨比指标的路堤下伏溶洞稳定性分级方法。

背景技术

岩溶区高速公路的路堤稳定性很大程度上取决于路堤下伏溶洞的稳定性，厚跨比(溶洞顶板厚度与跨度之比)是溶洞稳定性判别的重要依据，目前，规范一般采用厚跨比作为稳定性的判别标准。公路路基设计规范(JTJ 013-95)指出，当溶洞或暗河的顶板厚度大于10m，其下洞道的直径小于5m时(相当于2.0的厚跨比)，在顶板岩层完整的情况下，可以不用进行处理。公路路基设计规范(JTG D30-2004)根据铁路科研成果和京珠高速公路的实践经验，认为当厚跨比大于0.8时溶洞顶板处于稳定状态。公路路基设计规范(JTG D30-2015)新增了岩溶地区选线原则和排水设计规定，关于厚跨比的规定未作改变。

综上，根据厚跨比大小即可以实现路堤下伏溶洞稳定性的大致判别。然而，当前公路的路基设计规范(JTG D30-2015)采用厚跨比是否大于0.8作为区分溶洞顶板稳定性的标准可能偏于保守；将溶洞稳定性判别结果“一刀切”为稳定或者不稳定的方式不尽合理；将厚跨比作为溶洞稳定性的唯一判据是否妥当也有待商榷。例如，稳定与不稳定之间可能存在临界稳定、较不稳定等情况，因此，宜根据稳定性级别分别制定对应的处理措施；覆盖层厚度、建筑荷载、岩体质量也是影响溶洞稳定性的重要因素，应予以考虑。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于厚跨比指标的路堤下伏溶洞稳定性分级方法，能够将路堤下伏溶洞稳定性细分为不稳定、临界稳定和稳定等3个级别，并且能够考虑覆盖层厚度、建筑荷载以及岩体质量等因素对溶洞稳定性的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：

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；

步骤二、确定路堤下伏溶洞的极限厚跨比与安全厚跨比；

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。

所述的步骤一首先将荷载集度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；