适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法及装置制造方法及图纸

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

【技术实现步骤摘要】
适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法及装置


[0001]本申请涉及采矿
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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，从而并可以修建在已加固的采空塌陷区表面。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]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。
[0006]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。
[0007]进一步地，所述桩后法向应力的计算公式为：
[0008][0009]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，
[0010]h
s0
＝h
s
‑
h
s1
，
[0011]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。
[0012]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：
[0013]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：
[0014][0015]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；
[0016]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：
[0017][0018]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。
[0019]进一步地，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。
[0020]进一步地，所述岩体水平抗力的计算公式为：
[0021][0022]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，
[0023][0024][0025]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。
[0026]进一步地，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。
[0027]进一步地，所述嵌岩深度公式为：
[0028][0029]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。
[0030]本申请第二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装置，包括：土层部分计算模块，用于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；岩层部分计算模块，用于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；岩层内部计算模块，用于在岩层内部，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。
[0031]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法。
[0032]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如上述实施例所述的适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法。
[0033]由此，本申请至少具有如下有益效果：
[0034]考虑到采空塌陷区对上方土层的影响，根据采空区影响范围计算嵌岩桩深度，以合理有效地确定嵌岩桩嵌岩深度，可以在满足承载特性等重要因素的同时，减小了采空区的注浆范围，从而可以在保证桥桩稳定性的同时减少注浆范围，并可以节省投资成本，满足安全、可靠、经济使用的要求。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。
[0035]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0036]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0037]图1为根据本申请实施例提供的适用于采空塌陷区桥桩嵌岩深度计算方法的流程示意图；
[0038]图2为根据本申请实施例提供的嵌岩桩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。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，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。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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：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。4.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。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述岩体水平抗力的计算公式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐能雄，韩文斌，桑齐文，秦严，王海，
申请(专利权)人：山西省交通规划勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：