岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法

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。

权利要求

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 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 H0为溶洞顶板到基础底面的高度，H0＝H-d；a1为溶洞上覆土层滑动范围内的圆的半径，p0为溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载；

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≤0时，表明岩溶地基稳定；当q＞0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＝qlim，此时岩溶溶洞地基处于失稳状态；λ＝0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Dlim与任意损伤变量Dt之比，Dlim其值取1，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Ft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；2.0≤K＜2.5，岩溶地基欠稳定；2.5≤K＜3.0，岩溶地基基本稳定；K≥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λcr：

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λcr＞0.5时，岩溶地基不稳定；0.4＜λcr≤0.5时，岩溶地基欠稳定；

0.333＜λcr≤0.4时，岩溶地基基本稳定；λcr≤0.333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2a1，其值根据下式确定：

式中，D——溶洞直径；

h——溶洞高度；

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G建为建筑物作用在基础顶面的竖向荷载，G基为基础及其台阶上填土总重，G基＝γGAd，A为基底面积；d为基础埋深；γG为基础和填土平均重度，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p0：

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，A2为溶洞上覆土层滑动范围内的圆面积，A2＝πa12；

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 H0为溶洞顶板到基础底面的高度，H0＝H-d。

说明书

岩溶溶洞型地基塌陷风险的测定方法

技术领域

[0001] 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。

背景技术

[0002] 岩溶，主要是指地下水与地表水对可溶性岩石的溶蚀作用及其所产生的地貌和水文地质现象，国际上通称喀斯特(karst)。据统计我国的可溶性碳酸盐岩分布面积达344万km2，其中碳酸盐岩出露面积约91万km2。特别是广大西南地区如贵州、云南、广西、四川等均有大面积出露，且其具有分布广泛、厚度大、时代老、类型繁多等特点，为多样性岩溶发育提供了物质基础。近年来，随着经济的高速发展，越来越多的工程兴建在岩溶地区，岩溶地基稳定问题已成为工程建设中的突出问题。岩溶地基处理不好，将造成公路铁路断道、桥涵下沉开裂、建筑物损坏、水库渗漏等，将严重影响社会正常生产，以及危及人民生命财产安全。因此，加强岩溶地基稳定性风险评价与预测研究，已成为岩溶地区减灾防灾所面临的首要任务。

[0003] 岩溶问题一直是困扰工程建设的大问题，对工程地基稳定性有着重大影响，目前，国内外岩溶研究领域已对岩溶地基塌陷风险评价与预测方面进行了有关探索与研究工作，形成了多种有效的评价方法。现有的岩溶地基塌陷风险评价与预测方法主要分为定性预测、定量预测、半定量预测、综合预测。定性预测主要根据岩溶地基周围地质环境的影响因素对地基场地环境的区域性稳定做出宏观的预测，包括综合分析法与经验类比法；半定量预测主要根据在岩溶地基塌陷稳定性评判方面积累的丰富的经验，即通过经验得出塌陷评判经验指标，对岩溶地基塌陷进行稳定性评价，常用的有定板厚度跨比法和估算顶板安全厚度法；定量预测是根据己有的塌陷点资料，量化塌陷形成的影响因素，简单图解或统计方法，建立各影响因素与塌陷形成的关系模型，从而实现塌陷评价的目的，常用的有稳定系数法、普氏压力拱理论分析法、有限元分析法等；综合预测方法主要依据研究区域内的水文地质条件，岩溶发育程度及第四系上覆盖层土体特征等因素，先进行塌陷的定性预测分析，然后选取影响塌陷的主因素，运用数学地质分析方法，进行定量计算，最后综合定性和定量的分析计算结果，对岩溶地基稳定性进行评判。上述预测方法虽在岩溶地基稳定性的预测与评价中发挥了重要作用，但通过分析上述预测方法的建立过程，可以发现上述方法存在以下几方面的不足：定性评判与半定量评判的空间虽较为宏观，但较粗糙，主要适用于可行性研究阶段，鉴于岩溶地基塌陷受控的因素甚多，且不断变化，边界不清楚，都是模糊概念，对模糊的信息，我们都无法用精确的方法去处理；定量评判的空间较为微观、具体，但预测模型中对影响因素的具体量化标准不统一，难度较大。综合预测方法将定性与半定量因素相互补充与验证，弥补了传统定性预测及定量预测方法的不足，可提供更多更可靠的信息，然而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，因此在影响因素选取上不统一或因素单一，这种因素选取的随意性一方面使某一种缺陷更为突出，另一方面导致影响因素的可靠性大大降低。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述岩溶地基塌陷风险评价方法存在的不足和局限性，在科学分析和确定岩溶地基塌陷成灾机理的基础上，从岩溶溶洞上覆土层垂向应力与溶洞上覆土层极限垂向应力的关系和变化规律及其与溶洞上覆土层损伤破坏关系的角度，建立岩溶地基塌陷的风险评价方法与判据准则，以此实现对岩溶地基塌陷的风险评价与预测，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。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，可为岩溶地区溶洞型地基塌陷风险划分与评价及其防治提供依据，且具有简便和实用的特点，具体步骤如下：

[0005] 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：

[0006] 运用地质雷达、跨孔电磁波CT等物探方法综合探测和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，

[0007] 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：

[0008] 根据《岩土工程勘察手册》，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 容重γ、土的侧向压力系数k0；当塌陷坑上覆土体为n个不同厚度d且性质各异的土层构成时，其上覆土体物理力学参数值应取所有土层的物理力学参数加权平均值 土的侧向压力系数k0可根据经验取值。

[0009] 步骤三，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定：

[0010] a.地表到隐伏溶洞洞顶的滑动土体宽度的确定，

[0011] 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 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2a1，其值根据式(1)确定：

[0012]

[0013] 式中，D——溶洞直径；

[0014] h——溶洞高度。

[0015] b.溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载的确定，

[0016] 首先确定基础在建筑物重力作用下的基底压力p

[0017]

[0018] 其中G建为建筑物作用在基础顶面的竖向荷载，G基为基础及其台阶上填土总重，G基＝γGAd，A为基底面积；d为基础埋深；γG为基础和填土平均重度，通常取20KN/m3。

[0019] 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，由式(3)确定溶洞上覆土层滑动范围内均布外荷载p0：

[0020]

[0021] 其中A1为溶洞上覆土层滑动范围内的圆(a1为半径)与原基础底面重叠部分的面积，A2为溶洞上覆土层滑动范围内的圆面积(a1为半径)，A2＝πa12。

[0022] c.岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力的确定，

[0023] 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(详见原理2)：

[0024]

[0025] 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 H0为溶洞顶板到基础底面的高度，H0＝H-d。

[0026] 步骤四，岩溶地基隐伏溶洞上覆土层极限垂向应力的确定：

[0027] 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。因此本发明定义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，其值根据公式(5)确定：

[0028]

[0029] 步骤五，岩溶地基失稳风险评价参数的确定：

[0030] 本发明提出将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定义为岩溶地基失稳风险评价参数，即：

[0031]

[0032] 其中，当q≤0时，表明岩溶地基稳定；当q＞0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＝qlim，此时岩溶溶洞地基处于失稳状态；λ＝0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。

[0033] 由岩溶地基隐伏溶洞上覆土层垂向应力公式可知，对于一定直径与高度的溶洞，溶洞埋深越大，其q越大，但其洞顶所受建筑物附加荷载的影响越来越小，当H增大到一定程度时，其洞顶所受建筑物附加应力将趋近于0，其q值将趋近于一稳定值。因此随着溶洞埋深越来越深，其地基越稳定，当q为一稳定值，qlim→∞时，岩溶地基处于整体稳定状态。

[0034] 步骤六，岩溶溶洞地基塌陷风险评价与预测：

[0035] 在岩溶地基稳定性评价工程中，目前广泛使用的方法包括岩溶稳定系数法，即把溶洞顶板所受的抗塌力与致塌力的比值定义为岩溶地基稳定性系数F，把岩溶地基的稳定性系数F作为岩溶地基稳定性的评判标准，用地基实际稳定性系数F来判别地基是否稳定和稳定程度。本发明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(具体推导见原理2)，将岩溶地基稳定性系数Ft重新定义为极限损伤变量Dlim(其值取1)与任意损伤变量Dt之比，即：

[0036]

[0037] 并确定岩溶地基失稳风险评价参数λ与地基稳定性系数Ft的定量关系如下：

[0038]

[0039] 根据《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ72-2004，地基承载力安全系数取值在2.0-3.0之间，本发明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≥3.0，岩溶地基稳定。

[0040] 由式(9)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λcr：

[0041]

[0042] 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λcr＞0.5时，岩溶地基不稳定；0.4＜λcr≤0.5，岩溶地基欠稳定；0.333＜λcr≤0.4时，岩溶地基基本稳定；λcr≤0.333时，岩溶地基稳定。

[0043] 本发明的基本原理与依据如下：

[0044] 原理1：

[0045] 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临界上覆土层垂向应力，如图2所示，上覆土层受到降雨作用时，土层将发生挠曲变形，随之引起地块移动。当溶洞上覆土层的内摩擦角为φ时，滑移面从溶洞底面以 的角度倾斜，到洞顶后以适当的曲线AE和BI到达地表面。

[0046] 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2a1，其值等于：

[0047]

[0048] 式中，a——溶洞半径，

[0049] h——溶洞高度。

[0050] 假定溶洞顶部AB两端出现一直延伸到地表面的竖向破裂面AD及BC。在ABCD所圈出的散体中，切取厚度为dz的薄层单元为分析对象。该薄层单元在垂直方向受以下4种力的作用：

[0051] (1)单元体自重：

[0052]

[0053] (2)作用于单元体上表面的竖直向下的上覆土体压力：

[0054] P＝2a1σV

[0055] (3)作用于单元体下表面的竖直向上的下覆土体托力：

[0056] T＝2a1(σv+dσv)

[0057] (4)作用于单元体侧面的竖直向上的侧向摩擦力：

[0058] 根据库仑定律，岩体抗剪强度，有

[0059] 以侧压力系数k0表示任意深度处水平应力与垂直应力之比，有作用于单元体侧面的水平方向的侧向溶洞围压σH＝k0σV，

[0060] 推出作用于单元体侧面的竖直向上的侧向摩擦力：

[0061]

[0062] 式中，c——岩体内聚力；——岩体内摩擦角；

[0063] a1——塌陷坑半径；γ——岩体容重；

[0064] σV——竖向地应力；k0——侧压力系数；

[0065] dz——薄层单元体厚度；τf——岩体抗剪强度；

[0066] 根据薄层单元体在竖向的平衡条件为：

[0067] ΣFV＝P+G-T-2f＝0

[0068] 将各力代入平衡条件得：

[0069]

[0070] 整理：

[0071]

[0072]

[0073] 边界条件：当z＝0时，σv＝P0(地表面荷载)，代入上式得积分常数A为：

[0074]

[0075] 当单元体z＝H时将A代入，求得溶洞顶部的垂向应力q为：

[0076]

[0077] 原理2：

[0078] 根据弹塑性理论基本原理，岩土体在弹性变形阶段内应力σ与应变ε的变化成线性关系，此阶段内应力变化量Δσ与应变变化量Δε的比值为定值，即弹性变形模量E0。随着岩土体进入塑性不稳定变形阶段，其应力σ与应变ε关系则成非线性关系，此阶段其应力变化Δσ与应变变化Δε的比值即变形模量Et将出现非线性减小；当岩土体材料达到峰值强度后，即在岩土体材料完全破坏时，其变形模量Et将趋近于0。根据损伤力学基本原理，损伤过程与损伤程度可以运用损伤变量(Dt)来描述与刻画。由损伤变量的定义，令岩土体损伤变量为Dt，在土体中，对研究的损伤过程比较敏感，且易于测量的是变形模量，设岩土体初始弹模为E0，发生损伤后变形模量为Et，则据J.Dufailly(1988)的实验结果，可以得出：

[0079]

[0080] 本发明根据损伤力学的基本原理，将岩溶地基失稳风险参数λt定义为岩溶地基隐伏溶洞上覆土层实际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[0081]

[0082] 由岩溶地基失稳风险参数λt可知，其0<λt<1；λt＝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＝qlim，此时岩溶溶洞地基处于失稳状态；λt＝0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。

[0083] 本发明根据地基失稳风险参数λt与岩土体损伤程度的关系，将损伤变量(Dt)定义为岩溶地基失稳风险参数相对于岩溶地基未受损伤时的失稳风险参数的变化与岩溶地基土体完全损伤时失稳风险参数的比值，即

[0084]

[0085] 综合分析式(10)和式(12)，当岩溶地基处于弹性稳定状态时，Et＝E0，qlim→∞，Dt＝0，当岩溶地基处于完全损伤破坏状态时，Et＝0，q＝qlim，Dt＝1。表明式(10)运用变形模量和式(12)运用溶洞顶板垂向应力在描述和评价岩土体损伤规律时具有等效性，运用地基失稳风险参数λt来定义损伤变量是可行的和有效的，从而可运用地基失稳风险参数λt对岩溶地基稳定性进行分析与评价。

[0086] 根据式(11)和式(12)可确定岩溶地基失稳风险参数与损伤变量存在以下关系：

[0087] λt＝Dt  (13)

[0088] 从式(13)可以看出，当Dt＝0时，λt＝0，此时岩溶地基未受损伤，地基处于稳定状态；当Dt＝1时，λt＝1，此时岩溶地基完全损伤破坏，地基处于失稳状态。

[0089] 在岩溶地基稳定性评价工程中，目前广泛使用的方法包括岩溶地基稳定系数法，即把溶洞顶板所受的抗塌力与致塌力的比值定义为岩溶地基稳定性系数F，将地基的安全系数作为地基稳定性的评判标准，用地基实际稳定性系数与安全系数的关系来判别地基是否稳定和稳定程度。本发明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Dlim(其值取1)与任意损伤变量Dt之比，即：

[0090]

[0091] 将安全系数定义为极限损伤与容许最大损伤之比，即： 式中Dcr为容许最大损伤，极限损伤Dlim取1。而在整个损伤直至破坏的过程中，损伤变量Dt逐渐趋近于Dcr，因此安全系数可写为：

[0092]

[0093] 根据式(13)和式(15)，可以确定岩溶地基失稳风险参数与安全系数的定量关系：

[0094]

[0095] 其中，λcr即为运用地基安全系数所确定的地基稳定性判据。根据地基稳定性判据，对地基的稳定性进行以下分析与评价：当地基稳定性系数Ft大于和等于安全系数K时，地基失稳风险参数λt≤λcr，表明地基处于稳定状态；当地基稳定性系数Ft小于安全系数K时，地基失稳风险参数λt＞λcr，表明地基处于不稳定状态。

[0096] 本发明所述方法具有明确的稳定性判据，可为岩溶地区溶洞型地基塌陷风险划分与评价及其防治提供依据，且具有简便和实用的特点，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。

附图说明

[0097] 图1为本发明流程图；

[0098] 图2为溶洞松弛地压图；

[0099] 图3为某工程岩溶地基溶洞分布图。

具体实施方式

[0100] 下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。

[0101] 某岩溶上覆土层上方建有建筑物，建筑物物作用在基础顶面竖向荷载为480KN，基础埋深1.5m，基础为方形基础，2*2m，基础底部部分面积以下4.5m处发育有岩溶溶洞，地面以下0～3m为硬塑粉质粘土，其重度γ＝18.3kN/m3，地面3m以下为可塑粉质粘土，其重度γ＝18.1kN/m3。

[0102] 步骤一：测定岩溶塌陷区地下隐伏岩溶溶洞直径及盖层土体厚度：

[0103] 运用地质雷达、跨孔电磁波CT等物探方法综合探测和确定岩溶塌陷区隐伏地下岩溶圆形溶洞直径为2.4m、溶洞高度为1m、盖层土体厚度6m。

[0104] 步骤二：测定岩溶地基隐伏溶洞上覆土层的物理力学参数值：

[0105] 根据《岩土工程勘察手册》，对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，其不同土层的内聚力c、内摩擦角 容重γ、土的侧向压力系数k0见表1。

[0106] 表1岩溶地基上覆不同土层的物理力学参数值

[0107]

[0108] 由于塌陷坑上覆土体为2个不同厚度且性质各异的土层构成，其上覆土体物理力学参数值应取所有土层的内聚力加权平均值 内摩擦角加权平均值 容重加权平均值土的侧向压力系数k0可根据经验取值，即：γ＝18.2kN/m3；内聚力c＝23；内摩擦角k0＝1.2。

[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2a1，其值根据式(1)确定：

[0112]

[0113] a1＝1.9m

[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

[0116]

[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p0：

[0118]

[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＝πa12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]

[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]

[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

[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]

[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≥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λcr：

[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λcr＞0.5时，岩溶地基不稳定；0.4＜λcr≤0.5，岩溶地基欠稳定；0.333＜λcr≤0.4时，岩溶地基基本稳定；λcr≤0.333时，岩溶地基稳定。

[0135] 根据步骤五，λt＝0.327≤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。