[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

说明书

本申请涉及采矿技术领域，特别涉及一种适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法及装置，其中，方法包括：获取采空影响范围的土层厚度，并根据土层厚度计算嵌岩桩的桩后法向应力，且计算土层中由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嵌岩桩在岩体的嵌固端桩侧岩体水平抗力；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嵌岩桩基岩顶面水平剪力、弯矩和嵌固端岩石水平抗力的嵌固深度。由此，解决了相关技术中通常是根据移动角确定注浆范围，注浆耗资较大，经济性较差等问题。

技术领域

本申请涉及采矿技术领域，特别涉及一种适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法及装置。

背景技术

煤矿地下开采对上覆岩层会造成剧烈的扰动与破坏，进而引起岩层移动与地表沉陷，形成采空塌陷区。采空塌陷区内受采矿扰动而形成的劣化岩体的变形往往会持续数年甚至数十年。在欠稳定的采空塌陷内修建桥梁时，劣化岩体的长期变形将危及桥梁的安全。

为此，在修建桥梁前，先需要对采空区进行大量注浆，使采空塌陷区内的劣化岩体变得更加密实，从而减小劣化岩体的长期变形。此外，通过对采空区进行注浆，可以使嵌岩桩桩身和桩端岩土体均位于注浆后采空区的影响范围以外，从而可以修建在已加固的采空塌陷区表面。

然而，在实际工程应用中，通常是根据移动角确定注浆范围，注浆耗资较大，经济性较差。

发明内容

本申请提供一种适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中通常是根据移动角确定注浆范围，注浆耗资较大，经济性较差等问题。

本申请第一方面实施例提供一种适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法，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；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。

进一步地，所述桩后法向应力的计算公式为：

其中，γ表示土层容重，h_s0表示采空区影响范围内土层厚度，表示土体内摩擦角，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。

进一步地，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；

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：