[发明专利]一种岩溶地区路基承载能力的原位测试方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明属于岩溶地区路基承载能力测试领域，具体涉及一种岩溶地区路基承载能力的原位测试方法及测试装置，用于预判在路基荷载作用下的溶洞顶板承载能力是否足够。

背景技术

岩溶问题一直是困扰工程建设的大问题，对路基的稳定性有着重大的影响。目前国内外的岩溶研究领域，已经在岩溶路基承载能力评价及预测上形成了多种方法。现有的岩溶路基承载能力评价与预测方法主要分为定性预测、定量预测、半定量预测以及综合预测。定性预测主要根据岩溶路基周围地质环境的影响因素对路基场地环境的区域稳定性做出宏观的预测，包括综合分析法与经验类比法。半定量预测主要是根据在岩溶路基塌陷稳定性评判方面积累的丰富经验得出塌陷评判经验指标，对岩溶路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，进行简单图解或统计的方法，建立各个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。

上述预测方法虽在岩溶路基稳定性的预测和评价中都发挥了重要作用，但通过分析上述预测方法的建立过程，能够发现上述方法还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，鉴于岩溶路基塌陷受控的因素甚多，且不断变化，边界不清楚，都是一些模糊的概念，对模糊的信息，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，实施难度比较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种岩溶地区路基承载能力的原位测试方法及测试装置，无需进行大量的材料试验和参数试验，操作简单，测试结果较准确。

为了实现上述目的，本发明岩溶地区路基承载能力的原位测试方法包括以下步骤：

步骤一、计算路基荷载作用下溶洞顶板的最大弯矩；

根据强度理论公式，最大弯矩发生在溶洞顶板的中间，依照下式计算：

式中σ_z为路基荷载在基岩面引起的最大附加应力，ρ_k为溶洞顶板密度，h_k为溶洞顶板厚度，ρ_s为覆盖土层密度，h_s为覆盖土层厚度，l为溶洞顶板跨度；

步骤二、计算等效冲击荷载；

按照溶洞顶板弯矩等效的方法计算路基荷载的等效冲击荷载，假设在冲击荷载的作用下，溶洞顶板于荷载作用位置断裂并绕支点转动，则利用动量方程和动量矩方程得到溶洞顶板中的弯矩分布：

根据路基荷载作用和冲击荷载作用下的等效弯矩：

化简后得到：

上式即为按照溶洞顶板弯矩等效的方法计算得到的路基荷载的等效冲击荷载；

其中

式中：n＝Z/B，Z为覆盖土层厚度，B为路基宽度，ρ_r为路基土的密度，h_r为路基的高度，l为溶洞顶板的跨度；

步骤三、确定冲击荷载测试的基本参数，根据上述溶洞顶板弯矩等效的方法，按下式计算冲击锤的质量：

步骤四、进行冲击荷载测试并判断承载能力是否足够；

首先揭露溶洞顶板，然后在溶洞顶板上进行冲击荷载测试，依据冲击荷载的测试结果，对岩溶地区路基承载能力以及相应的处治对策进行分类：

若测试后溶洞顶板的变形量小于1mm，表明承载能力足够，无需进行处治；若测试后溶洞顶板的变形量大于1mm，表明承载能力不足，需进行处治。

所述的覆盖土层厚度Z通过潜孔钻进行钻孔后丈量孔深来确定。

所述的溶洞顶板跨度l通过高密度电法或者瞬变电磁法来确定。

溶洞的跨度通过地质雷达进行确定。

所述的步骤四中相应的处治对策分别为：若覆盖土层厚度Z＝0m，则采取连续配筋混凝土板跨越溶洞；若覆盖土层厚度0m<Z<4m，则采取开挖回填的方式处理溶洞；若覆盖土层厚度Z≥4m，则取注浆的方式处理溶洞。

本发明岩溶地区路基承载能力的原位测试方法所使用的测试装置采用的技术方案为：

包括能够自行起落的桅杆，桅杆的顶端安装有吊锚架，吊锚架上通过滑轮连接钢丝绳，卷扬系统通过钢丝绳在竖直方向上拉动冲击锤，冲击锤的尾部连接用于操纵冲击锤对岩溶地区路基进行冲击荷载测试的动力机构。

所述的桅杆通过液压缸推动，桅杆连接用于调节其位置的变幅机构。