[发明专利]一种溶洞覆盖层表面极限均布荷载的计算方法

权利要求书

1.一种溶洞覆盖层表面极限均布荷载的计算方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤1、拟定溶洞覆盖层表面极限均布荷载计算的参数；

步骤2、进行覆盖层破坏土体和溶洞塌落岩体的受力分析；

步骤3、建立求解溶洞覆盖层表面极限均布荷载的线性数学规划模型；

步骤4、求解溶洞覆盖层表面极限均布荷载的线性数学规划模型，获得溶洞覆盖层表面的极限均布荷载；

所述建立求解溶洞覆盖层表面极限均布荷载的线性数学规划模型，具体为：

一、建立目标函数

设溶洞覆盖层表面的极限均布荷载为目标函数，目标函数如下：

Maximize:P

式中：P是溶洞覆盖层表面的极限均布荷载；Maximize表示“使最大”；

二、建立覆盖层破坏土体的破裂面上正应力的计算公式，具体为：

式中：σ_s是覆盖层破坏土体的破裂面作用的正应力；是覆盖层土体的静止土压力系数，是覆盖层土体的内摩擦角；γ_s是覆盖层土体的容重；H是覆盖层土体的厚度；

三、建立溶洞塌落岩体的破裂面上正应力的计算公式，具体为：

式中：σ_r是溶洞塌落岩体的破裂面作用的正应力；是溶洞塌落岩体的静止土压力系数，是溶洞塌落岩体的内摩擦角；γ_r是溶洞塌落岩体的容重；h是溶洞塌落岩体的高度；

四、建立覆盖层破坏土体竖直方向的平衡方程：

式中：D是覆盖层破坏土体圆台的上底直径，D＝d+Htanβ，d是溶洞塌落岩体的直径，β是覆盖层土体的破裂角，τ_s是覆盖层破坏土体的破裂面上作用的切应力；σ₀是覆盖层土体的岩土分界面作用的正应力；G_s是覆盖层破坏土体的形心处作用的自重，

五、建立溶洞塌落岩体竖直方向的平衡方程：

式中：τ_r是溶洞塌落岩体的破裂面作用的切应力；σ'₀是溶洞塌落岩体的岩土分界面作用的正应力；G_r是溶洞塌落岩体的形心处作用的自重，

六、建立覆盖层破坏土体屈服条件：

式中：c_s是覆盖层土体的粘聚力；

七、建立溶洞塌落岩体的屈服条件：

式中：c_r是溶洞塌落岩体的粘聚力；

八、建立岩土分界面的附加约束条件：

σ₀＝σ’₀

九、建立求解溶洞覆盖层表面极限均布荷载的线性数学规划模型：

将目标函数、覆盖层破坏土体的破裂面上正应力方程、溶洞塌落岩体的破裂面上正应力方程、覆盖层破坏土体竖直方向的平衡方程、溶洞塌落岩体竖直方向的平衡方程、覆盖层破坏土体屈服条件、溶洞塌落岩体的屈服条件以及岩土分界面的附加条件集成，得到求解溶洞覆盖层表面极限均布荷载的线性数学规划模型如下：

2.根据权利要求1所述的溶洞覆盖层表面极限均布荷载的计算方法，其特征在于：所述溶洞覆盖层表面极限均布荷载计算的参数包括：

一、确定覆盖层和溶洞的几何参数；

二、确定覆盖层土体、溶洞塌落岩体的物理力学参数。

3.根据权利要求2所述的溶洞覆盖层表面极限均布荷载的计算方法，其特征在于：所述确定覆盖层和溶洞的几何参数包括：溶洞洞体的直径d，溶洞上部的覆盖层土体厚度H，溶洞塌落岩体的高度h；所述确定覆盖层土体、溶洞塌落岩体的物理力学参数包括：覆盖层土体的粘聚力c_s，覆盖层土体的内摩擦角覆盖层土体的容重γ_s；溶洞塌落岩体的粘聚力c_r，溶洞塌落岩体的内摩擦角溶洞塌落岩体的容重γ_r。