[发明专利]一种喀斯特洼地球冠型剥壳开挖方量计算方法

说明书

本发明公开了一种喀斯特洼地球冠型剥壳开挖方量计算方法，该方法包括步骤：在喀斯特洼地内确定开挖中心的空间坐标；建立柱坐标系，在柱坐标系中切24条剖面，每条剖面之间的夹角为15°；对24条剖面进行编号；对各剖面开挖面积编号；求解各非规则封闭图形的旋转体体积；求各剖面对球冠型剥壳开挖总方量V的贡献；求取球冠型剥壳开挖方量V。本发明与其他工程开挖量计算方法相比，具有方便、快捷、直观的特点，可为喀斯特洼地开挖中心的选择提供指导作用，在喀斯特洼地球冠型剥壳开挖工程中，既能快速简捷计算开挖工程量、又能对开挖岩土工程信息能直观表达。

技术领域

本发明涉及一种喀斯特洼地球冠型剥壳开挖方量计算方法，属于喀斯特洼地球冠型剥壳开挖技术领域。

背景技术

喀斯特是可溶性岩石在水的侵蚀作用下产生的各种地质现象。在我国碳酸岩盐山区，强烈的喀斯特作用常形成大面积的塌陷洼地，形成一种封闭状的负地形，洼地地形一般起伏大，坡度较陡，局部山体陡峭，形成陡崖和悬壁。对于球冠状的建(构)筑物，利用洼地得天独厚的地貌优势有利于节省大量开挖工程量；同时，岩溶洼地中常有通向地下水的排水通道，在结合人工泄水廊道的情况下，排水问题也可能解决。因此，根据球状建筑物的大小选择与之相匹配的喀斯特洼地是可行的。然而，对于洼地而言，其四周地形一般较为陡峻，溶沟、溶槽及溶蚀裂隙分布较广，崩塌堆积层较厚，岩土层的分布很不均匀，在地质环境如此复杂的洼地中建造建(构)筑物面临以下几个方面的问题：其一是通过确定合理的开挖中心减少洼地开挖工作量的问题；其二是通过确定合理的开挖中心减少边坡工程开挖的问题；其三是确定合理的开挖中心后为了满足构建球状建筑物的需要如何实现精确开挖的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种喀斯特洼地球冠型剥壳开挖方量计算方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种喀斯特洼地球冠型剥壳开挖方量计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在喀斯特洼地内确定开挖中心的空间坐标；

步骤二、以开挖中心为原点，以竖直向上方向为Z轴正方向，建立柱坐标系，且以开挖中心为时钟中点、正北方向为时钟零点，切24条经过时钟中点、长度延伸至洼地分水岭的剖面，每条剖面之间的夹角为15°；

步骤三、对24条剖面进行编号，记正北方向为零点的剖面为1-1′，顺时针旋转依次将剖面记为2-2′、3-3′、…、24-24′，完成剖面编号；

步骤四、在每条剖面上，从1-1′开始，计开挖中心左侧的开挖面积为A_1-L、右侧的开挖面积为A_1-R；2-2′剖面开挖中心左侧的开挖面积为A_2-L、右侧的开挖面积为A_2-R；…；A_24-L、A_24-R，完成各剖面开挖面积的编号；

步骤五、从1-1′剖面开始，在柱坐标系内，求解以Z轴为旋转轴、旋转面积为A_1-L的非规则封闭图形的旋转体体积V_1-L，求解积分公式为：

式中：Δα_i为所取微段角度；Δα_i微段的角平分线同Z轴所在平面与原地面及开挖面相交，A_i为所围成的图形面积，r_ci为该图形形心点到Z轴距离；

步骤六、由求解结果得到1-1′剖面对球冠型剥壳开挖总方量V的贡献为：

其中θ_L、θ_R分别为1-1′剖面与24-24′、2-2′剖面间的夹角；