加权平均值歹、容重加权平均值 F; 土的侧向压力系数k。可根据经验取值，即：γ = 18.2kN/m3;内聚力c = 23 ;内摩擦角 ζ3 =20ο ?； k0= 1.2〇
[0109] 步骤三：岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定 [0110] a.地表面到拱顶的滑动地块的宽度的确定
[0111] 当溶洞土层发生挠曲变形时，引起地块移动，其滑移面从溶洞底面以
的角 度倾斜，到硐顶后以适当的曲线AE和BI到达地表面。但实际上推算AE和BI曲线是难以 实现的，故近似地假定为AD、BC两条垂直线。此时，设从地表面到洞顶的滑动地块的宽度为 Sa1，其值根据式（1)确定：
[0112] (1)
[0113] B1= I. 9m
[0114] b.溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载的确定
[0115] 首先确定基础在建筑物重力及基础重力作用下的基底压力p
[0117] 将溶洞上覆土层滑动范围内所受到的基础压力等效成圆形均布荷载，由式（3)确 定溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载P。：
[0116] (2)
[0118]
(3)
[0119] 其中A1为溶洞上覆土层滑动范围内的圆与原基础底面重叠部分的面积，经估算， 约为5m2, A2为溶洞上覆土层滑动范围内的圆面积A2= Jia12为11.335m2。
[0120] c.岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定
[0121] 根据隐伏溶洞形态与上覆土层应力分布特点，将隐伏溶洞断面简化为矩形地下硐 室形状，根据式（4)确定其溶洞上覆土层垂向应力q为：
[0122] ^4)
[0123] 步骤四：岩溶地基隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力的确定
[0124] 对于岩溶溶洞型地基，其溶洞顶板所受致塌力主要为岩土体重力与建筑物重量及 基础所产生的附加力。因此本专利定义浅埋溶洞上覆土层极限垂向应力为溶洞覆盖层岩土 体自重应力与地表荷载传递到溶洞顶板的附加应力之和，其值根据式（5)确定：
[0125]
(5)
[0126] 式中：γ为溶洞上覆土层容重，当溶洞上覆土层由不同厚度d且性质各异的土层 构成时，取其加权平均容重f =l:8.2kN/m3。
[0127] 步骤五：确定岩溶地基失稳风险参数
[0128] 根据公式（6)确定岩溶地基失稳风险参数
[0129]
轉
[0130] 步骤六：岩溶地基塌陷风险评价与预测
[0131 ] 根据《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72-90,地基承载力安全系数取值在 2. 0-3. 0之间，本专利将岩溶地基安全系数K进行划分：K < 2. 0,岩溶地基不稳定；2. 0 < K < 2. 5,岩溶地基欠稳定；2. 5 < K < 3. 0,岩溶地基基本稳定；K多3. 0,岩溶地基稳定。
[0132] 由式（9)确定岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险参数临界值λ
[0133]
(…
[0134] 根据岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险参数临界值，对岩溶地基的稳定性进 行风险评价如下：当λ CT> 〇. 5时，岩溶地基不稳定；0. 4 < λ 〇. 5,岩溶地基欠稳定； 0. 333 < λ 〇. 4时，岩溶地基基本稳定；λ 〇. 333时，岩溶地基稳定。
[0135] 根据步骤五，λ t= 〇. 327彡0. 333,因此判断该岩溶地基稳定。
[0136] 上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但本发明并不限于上述实施例， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变 化，均应归属于本发明专利涵盖范围。
【主权项】
1. 一种岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，测定岩溶地基地下隐伏溶洞直径、溶洞高度及盖层土体厚度： 确定岩溶塌陷区隐伏地下岩溶溶洞的地面投影圆周、溶洞高度h及盖层土体厚度H，并 将地下隐伏岩溶溶洞的地面投影圆周直径确定为D ;对非标准圆形的塌陷坑土洞，以其实 际垂直地面投影面积S的等效圆周面积确定其等效塌陷坑土洞直径D，步骤二，测定岩溶地基地下隐伏溶洞上覆土层的物理力学参数值： 对岩溶地基地下隐伏溶洞上覆土层进行取样并测定相应的物理力学参数值，即不同土 层的内聚力c、内摩擦角史、容重γ、土的侧向压力系数k0; 步骤三，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定： 根据隐伏溶洞形态与上覆土层应力分布特点，将隐伏溶洞断面简化为矩形地下硐室形 状，并运用库伦-摩尔强度准则可确定地下隐伏岩溶溶洞上覆土层垂向应力：式中：γ为溶洞上覆土层容重，当溶洞上覆土层由不同厚度d且性质各异的土层构成 时，取其加权平均容重H。为溶洞顶板到基础底面的高度，H。= H-d ; 步骤四，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力的确定： 对于岩溶溶洞型地基，其溶洞顶板所受致塌力主要为岩土体重力与建筑物及基础重量 所产生的附加力；浅埋溶洞上覆土层极限垂向应力为溶洞覆盖层岩土体自重应力与上覆土 层滑动范围内地表荷载传递到溶洞顶板的附加应力之和：步骤五，岩溶地基失稳风险评价参数的确定： 岩溶地基失稳风险评价参数指的是岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力与岩溶地基 隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力之比，即：当q < O时，表明岩溶地基稳定；当q > O时，0〈 λ〈1 ; λ = 1表明溶洞顶板承受了全 部建筑物附加荷载和岩土体自重应力，岩土体抗塌陷强度为零，其q = qllB1，此时岩溶溶洞 地基处于失稳状态；λ = 〇表明溶洞顶板岩土体没有产生任何垂向附加应力，溶洞顶板岩 土体处于稳定状态，此时岩溶溶洞地基处于整体稳定状态； 步骤六，岩溶溶洞地基塌陷风险评价与预测： 根据损伤力学的基本原理及损伤变量与岩溶地基稳定性系数的关系，将岩溶地基稳定 性系数Ft重新定义为极限损伤变量D 1ιηι(其值取1)与任意损伤变量Dt之比，即，并确定岩溶地基失稳风险评价参数λ与地基稳定性系数^的定量关系如下：将岩溶地基安全系数K进行划分：K < 2. 0,岩溶地基不稳定；2. OS K < 2. 5,岩溶地基 欠稳定；2. 5 < K < 3. 0,岩溶地基基本稳定；K多3. 0,岩溶地基稳定； 由上式确定岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险评价参数临界值λ根据岩溶地基不同安全系数对应的失稳风险评价参数临界值，对岩溶地基的稳定性进 行风险评价如下：当λ CT> 〇. 5时，岩溶地基不稳定；0. 4 < λ 〇. 5时，岩溶地基欠稳 定；0. 333 < λ 〇. 4时，岩溶地基基本稳定；λ 〇. 333时，岩溶地基稳定。2. 根据权利要求1所述的岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，其特征在于，所述步 骤一中岩溶塌陷区隐伏地下岩溶溶洞的地面投影圆周、溶洞高度h及盖层土体厚度H运用 地质雷达和/或跨孔电磁波CT综合探测。3. 根据权利要求1所述的岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，其特征在于，所述步 骤三包括以下几步： a. 地表到隐伏溶洞洞顶的滑动土体宽度的确定： 当溶洞上覆土层发生挠曲变形时，引起溶洞洞顶土体移动，其滑移面从溶洞底面以 45°-^的角度倾斜，到洞顶后以适当的曲线AE和BI到达地表面；但实际上推算AE和BI 曲线是难以实现的，故近似地假定为AD、BC两条垂直线；此时，设从地表面到洞顶的滑动土 体的宽度为2?，其值根据下式确定： 式中，D--溶洞直径；h 溶洞尚度； b. 溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载的确定： 首先确定基础在建筑物重力作用下的基底压力P其中G5t为建筑物作用在基础顶面的竖向荷载，Gs为基础及其台阶上填土总重，Gs = γ sAd，A为基底面积；d为基础埋深；γ s为基础和填土平均重度，通常取20KN/m3; 将溶洞上覆土层滑动范围内所受到的基底压力等效成圆形均布荷载，由下式确定溶洞 上覆土层滑动范围内均布外荷载PD:其中A1为溶洞上覆土层滑动范围内的圆（a i为半径）与原基础底面重叠部分的面积， 八2为溶洞上覆土层滑动范围内的圆面积（a i为半径），A 2= π a c. 岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定： 根据隐伏溶洞形态与上覆土层应力分布特点，将隐伏溶洞断面简化为矩形地下硐室形 状，并运用库伦-摩尔强度准则可确定地下隐伏岩溶溶洞上覆土层垂向应力如下：式中：γ为溶洞上覆土层容重，当溶洞上覆土层由不同厚度d且性质各异的土层构成 时，取其加权平均容重F ; H。为溶洞顶板到基础底面的高度，H。= H-d。
【专利摘要】本发明涉及一种溶洞型地基稳定性评价方法，尤其涉及一种岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法，主要解决现阶段岩溶地基稳定性综合预测方法发展还不够成熟，且评判模型建立基于不同的角度，导致影响因素的可靠性大大降低的问题。本发明的具体方案是依据karst岩溶地基塌陷的致塌机理，推导和建立溶洞上覆土层垂向应力与溶洞上覆土层极限垂向应力之间的关系，提出了一种确定岩溶地基塌陷的失稳风险评价参数，并建立了岩溶地基失稳风险评价参数与稳定性系数之间一一对应的关系。该方法具有明确的稳定性判据，且简便实用，对岩溶地区地基塌陷的有效预测与防治具有重要的实用价值。
【IPC分类】E02D1/02
【公开号】CN105155502
【申请号】CN201510617468
【发明人】贺可强, 贾玉跃, 郭璐
【申请人】青岛理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月25日