[发明专利]适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法及装置

权利要求书

1.一种适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取采空影响范围的土层厚度，并根据所述土层厚度计算嵌岩桩的桩后法向应力，且计算土层中由所述桩后法向应力作用下嵌岩桩基岩顶面水平剪力和弯矩；

基于岩体质量及所处应力状态影响的Hoek-Brown岩体强度破坏准则，获取极限平衡条件下所述嵌岩桩在岩体的嵌固端桩侧岩体水平抗力；以及

在岩层内部，通过对嵌岩顶端水平力与顶部中心力矩平衡计算，以嵌岩桩的嵌岩深度公式得出关于所述嵌岩桩基岩顶面水平剪力、所述弯矩和所述嵌固端岩石水平抗力的嵌固深度；

所述计算土层中由所述桩后法向应力作用下嵌岩桩基岩顶面水平剪力和弯矩，包括：

基于桩侧法向按三角函数分布，根据第一计算公式计算所述嵌岩桩基岩顶面水平剪力，其中，所述第一计算公式为：

其中，d表示为桩径，σ_m表示桩后法向应力，α表示为桩侧各点到桩身中心连线与基桩水平轴心线间的夹角，P_H表示由所述桩后法向应力作用下嵌岩桩基岩顶面水平剪力，表示土体内摩擦角，γ表示土层容重；

基于土层内的力矩为所述桩后法向应力所产生的力矩，根据第二计算公式计算所述弯矩，其中，所述第二计算公式为：

其中，h_s1表示采空区影响范围外土层厚度，M_H表示由所述桩后法向应力作用下嵌岩桩基岩顶面弯矩，h_s0表示采空区影响范围内土层厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述桩后法向应力的计算公式为：

其中，σ_m表示嵌岩桩桩后法向应力；其中，

h_s0＝h_s-h_s1，

h_s表示土层厚度，h_s1表示采空区影响范围外土层厚度，h_s1＝Ltanβ，L表示嵌岩桩基岩顶部距采空区影响范围的距离，β表示松散层移动角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取极限平衡条件下所述嵌岩桩在岩体的嵌固端桩侧岩体水平抗力，包括：

获取桩侧法向应力和桩侧水平摩阻力；

根据所述桩侧法向应力和所述桩侧水平摩阻力计算所述岩体水平抗力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述岩体水平抗力的计算公式为：

其中，P_n表示桩侧总法向应力，P_τ表示总水平摩阻力，σ_s表示所述桩侧法向应力，τ_s表示所述桩侧水平摩阻力，d表示桩径；其中，

α表示桩侧各点到桩身中心连线与基桩水平轴心线间的夹角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取桩侧法向应力和桩侧水平摩阻力，包括：

通过结合所述Hoek-Brown岩体强度破坏准则与考虑模型处于极限平衡状态，计算出桩侧切向剪应力最大处的所述桩侧法向应力；

采用非线性拟合得出所述桩侧水平摩阻力，或者用四次多项式拟合Hoek-brown破坏应力圆的Mohr-Coulomb包络线拟合公式计算所述桩侧水平摩阻力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述嵌岩深度公式为：

其中，h_r表示基桩的嵌岩深度，P_H表示嵌岩桩基岩顶面水平剪力，M_H表示嵌岩桩基岩顶面弯矩，P₂表示嵌固段桩侧岩体水平抗力。