一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法

本发明属于岩土与城市地下工程灾害防控，具体是指一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法。

背景技术：

1、

2、现有地面塌陷影响范围及塌方量方法技术还存在一定的缺陷，现有地面塌陷影响范围及塌方量方法，对地面塌陷形成机理进行分析，未对地面塌陷后影响范围及具体塌方量进行推导，目前该问题仍无法很好解决，为此，提出一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，包括以下步骤：

3、步骤1、通过勘察报告等资料，确定路面岩土体的具体参数，包括岩土体粘聚力c，内摩擦角岩土体容重γ，隧道埋深h，隧道半径r；根据莫尔库伦破坏准则，可得到稳定安全系数表达式如下：

4、

5、步骤2、根据岩土体参数以及隧道尺寸，可推导出隧道半开挖宽度表达式；

6、岩土体抗压强度表达方式为：

7、

8、岩土体抗拉强度表达方式为：

9、

10、强度关系式n表达方式为：

11、

12、广义应力表达方式为：

13、

14、隧道半开挖宽度表达方式为：

15、

16、步骤3、确定塌陷模式，假设隧道下穿路面的模型中，地面塌陷看作边坡失稳过程，当地面开始坍塌时，以开裂处为原点，将两侧道路看作无限长边坡，路面坍塌过程视为边坡失稳破坏的过程，塌陷开始到结束类比为边坡从开始失稳到最终稳定的过程；

17、步骤4、基于极限平衡法，结合边坡稳定安全系数，可推导出塌陷达到稳定状态时的临界坡角；

18、边坡临界倾角表达方式为：

19、

20、当稳定安全系数fs取1时，滑裂面临界倾角：

21、

22、此时稳定安全系数：

23、

24、联立上述两式，可求得塌陷达到稳定状态时的临界坡角表达式为：

25、

26、步骤5、通过推导所求得的临界坡角表达式可将滑裂面近似表达为一个直线方程：

27、y＝xtanαcr。

28、步骤6、根据塌陷模型的几何关系，结合所求得的临界坡角，可以求得地面塌陷影响范围以及塌方量表达式：

29、

30、

31、该式解决了一定范围内地面塌陷影响范围及塌方量难以确定的问题。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

33、1、本发明通过通过综合考虑岩土体的具体物理力学性质和隧道的几何特征，结合莫尔-库伦破坏准则，该方法能够更精确地评估塌陷风险，提高了预测的科学性和准确性；

34、2、本发明通过计算得到的临界坡角，直接关联到塌陷稳定性的关键指标，为判断塌陷是否达到或接近失稳状态提供了量化的标准，增强了预防措施的针对性和时效性；

35、3、本发明通过设定塌陷模式为边坡失稳过程，将复杂的地面塌陷现象简化为易于理解和计算的模型，提高了方法的实用性和可操作性；

36、4、本发明通过临界坡角和其他参数，发展出的塌方量计算公式，使得在实际工程应用中能够迅速估算出塌陷可能造成的损害程度，只需要明确最为常见的岩土体参数，便可确定地面塌陷后最终影响范围及塌方量，过程简单，预测结果可靠。

技术特征：

1.一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：所述s1，若已知岩土体粘聚力c，内摩擦角岩土体容重γ，隧道埋深h，根据莫尔库伦破坏准则，稳定安全系数可以表达为：

3.根据权利要求1所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：所述s2，隧道半开挖宽度：

4.根据权利要求1所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：所述s3，塌陷模式：

5.根据权利要求1所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：所述s4，塌陷达到稳定状态时所对应的临界坡角：边坡潜在滑裂面临界倾角表达方式为：

6.根据权利要求4所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：通过推导所求得的临界坡角表达式可将滑裂面曲线近似表达为一个直线方程：

7.根据权利要求4所述的一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，其特征在于：根据塌陷模型的几何关系，结合所求得的临界坡角，可以求得地面塌陷影响范围以及塌方量表达式：

技术总结本发明公开了一种地面塌陷影响范围及塌方量确定方法，属于岩土与城市地下工程灾害防控技术领域，包括通过步骤1、确定隧道下穿路面模型中道路岩土体与隧道的具体参数，包括岩土体粘聚力，内摩擦角，岩土体容重，隧道埋深，隧道半径，步骤2、确定隧道半开挖宽度；步骤3、确定塌陷模式；步骤4、根据临界条件求解出塌陷达到稳定状态时的临界坡角α<subgt;cr</subgt;；步骤5、根据推导所求得的临界坡角可将滑裂面近似表达为一个直线方程；步骤6、根据塌陷模型的几何关系，结合所求得的临界坡角，可以求得地面塌陷影响范围以及塌方量表达式，本发明只需要明确最为常见的岩土体参数，便可确定地面塌陷后最终影响范围及塌方量，过程简单，预测结果可靠。技术研发人员：黄小城,王桂林,陈秋南,马缤辉,屈振学,褚玉生,周文兵,黄旭日受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29