[发明专利]一种既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估方法

权利要求书

1.一种既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、既有黄土窑洞拱券结构简化处理：将既有黄土窑洞拱券结构简化为三铰拱结构；

步骤二、获取既有黄土窑洞拱券几何参数：测量既有黄土窑洞拱券几何参数，所述既有黄土窑洞拱券几何参数包括既有黄土窑洞的拱券跨度、拱券矢高、窑腿高度；

步骤三、根据公式计算既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y，其中，x为既有黄土窑洞拱券宽度自变量，f为既有黄土窑洞的拱券矢高，γ为既有黄土窑洞拱券上覆土容重，m为常数且h为黄土窑洞窑腿高度，l为黄土窑洞拱券跨度，ch为双曲余弦函数；

步骤四、实测既有黄土窑洞拱券底面拱轴线；

步骤五、对比理论合理拱轴线和实测拱券底面拱轴线，确定既有黄土窑洞的受力类型：对比既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y和实测的既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线，当既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y和实测的既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线相符，或者既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y位于实测的既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线下侧时，此时，拱券土体全部受压；

当既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y位于实测的既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线上侧时，此时既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y以下的拱券土体全部受拉，既有黄土窑洞拱券沿拱轴均匀分布的竖向荷载作用时的理论合理拱轴线y和实测的既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线之间形成土体受拉区域；

六、在确定受力类型的既有黄土窑洞拱券底面取土样进行力学实验：将拱券土体全部受压的既有黄土窑洞视为受压类型的既有黄土窑洞，以既有黄土窑洞拱券底面拱轴线为计算曲线，竖向荷载为上覆土体的自重，对既有黄土窑洞拱券土体按三铰拱结构进行计算，找出上覆土体形成的受压区域土体压应力最大值区域，并在受压区域土体压应力最大值区域取三个土样进行无侧限抗压强度试验，得到受压区域土体压应力最大值区域土体的压应力实际值；

将拱券土体全部受拉的既有黄土窑洞视为受拉类型的既有黄土窑洞，以受拉区域中心拱轴线为计算曲线，竖向荷载为受拉区域土体的自重，对既有黄土窑洞拱券受拉区域土体按三铰拱结构进行计算，找出受拉区域土体剪应力最大值区域，并在受拉区域土体剪应力最大值区域取三个土样进行直剪试验和无侧限抗压强度试验，得到受拉区域土体剪应力最大值区域土体的剪应力实际值；

步骤七、实现既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估：针对受压类型的既有黄土窑洞，将受压区域土体压应力最大值区域土体的压应力实际值与对应的压应力计算值比较，当压应力计算值大于压应力实际值时，说明既有黄土窑洞拱券竖向承载力不满足要求；当压应力计算值不大于压应力实际值时，说明既有黄土窑洞拱券竖向承载力满足要求；

针对受拉类型的既有黄土窑洞，将受拉区域土体剪应力最大值区域土体的剪应力实际值与对应的剪应力计算值比较，当剪应力计算值大于剪应力实际值时，说明既有黄土窑洞拱券竖向承载力不满足要求；当剪应力计算值不大于剪应力实际值时，说明既有黄土窑洞拱券竖向承载力满足要求。

2.按照权利要求1所述的一种既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估方法，其特征在于：步骤四中，采用水准仪和塔尺实测既有黄土窑洞拱券底面实际拱轴线。

3.按照权利要求1所述的一种既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估方法，其特征在于：步骤六中，在受压区域土体压应力最大值区域采用切割方法取三个土样进行无侧限抗压强度试验。

4.按照权利要求1所述的一种既有黄土窑洞拱券竖向承载力评估方法，其特征在于：步骤六中，在受拉区域土体剪应力最大值区域采用切割方法取三个土样进行直剪试验和无侧限抗压强度试验，其中，直剪试验得到受拉区域土体剪应力最大值区域土体的粘聚力和内摩擦角值，无侧限抗压强度试验得到受拉区域土体剪应力最大值区域土体的法向应力，根据公式计算受拉区域土体剪应力最大值区域土体的剪应力实际值τ，σ为受拉区域土体剪应力最大值区域土体的法向应力，为受拉区域土体剪应力最大值区域土体的内摩擦角值，c为受拉区域土体剪应力最大值区域土体的粘聚力。