[发明专利]薄松散层采煤沉陷区双层介质地基附加应力计算方法

说明书

本发明实施例提供一种薄松散层采煤沉陷区双层介质地基附加应力计算方法，包括：将薄松散层采煤沉陷区的地基分为上部覆盖的表土层和下部的基岩层，基于Boussinesq地基模型计算出表土层的附加应力；获取表土层和基岩层之间分界面上部表土微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力，下部基岩微单元层范围内总的应变势能和总的竖向附加应力；根据应变势能守恒条件和附加应力平衡条件，求解基岩层的附加应力分量表达式中的系数；将系数带入附加应力分量表达式中，获取基岩层的附加应力。本发明实施例将薄松散层采煤沉陷区地基分为双层介质地基类型，对每种类型分别计算附加应力，从而提高薄松散层采煤沉陷区地基附加应力计算的准确性。

技术领域

本发明属于附加应力计算技术领域，尤其涉及一种薄松散层采煤沉陷区双层介质地基附加应力计算方法。

背景技术

附加应力是在外荷载，如建筑物荷载、车辆荷载等作用下地基土中产生的应力增量，是引起地基变形的主要原因。在沉陷区地表兴建建筑物前，地基土中已存在着来自建筑物自身重量的竖向应力，兴建建筑物后的建筑物荷载通过基础底面传递给地基，在地基土内产生附加应力。目前，对于地基附加应力的计算方法主要包括附加应力的扩散角法、附加应力的文克勒地基模型和附加应力的各向同性半空间布辛涅斯克模型。

其中，附加应力的扩散角法最早用于描述土体内部应力、位移分布的是线性模型，该模型是最简单的经验模型。线性模型假设作用于土体表面的荷载沿某一扩散角均匀地扩散到下层各水平层面。扩散角的大小和土层特性及土质条件等有关。此模型简单、方便，缺点是只给出土中应力分布的一个粗糙解答，因此应用较少。现行的《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)中规定如果地基土层中没有上覆硬土层，根据弹性理论计算土中应力，结果表明：荷载通过土体向深部扩散，距地表越深的平面上应力分布范围越大，而且应力越小。当软弱土层下面存在刚性基岩时，土层与基岩的界面将会出现应力集中现象，这是一种特殊情况。

附加应力的文克勒(Winkler)地基模型假定认为每单位面积上所受的压力与地基的沉降成正比，地基的反力用一系数K与受力点的竖向位移z的乘积来表示。但是文克勒地基模型忽略了地基中的剪应力，按这一模型的假设，地基变形只发生在基底范围内，基底范围外没有变形，这是与实际情况不符的。

附加应力的各向同性半空间布辛涅斯克模型是一种线弹性半无限体地基模型。该模型把地基假定为均质、各向同性的、弹性的半无限体，弹性半空间地基假定认为地基是一连续、均质、各向同性的弹性体，其力学特性用弹性模量E和泊松系数μ来表征。Boussinesq地基模型考虑了压力的扩散作用，在沉陷区兴建建筑物引起的地基附加应力求解中往往将下伏地层看成均质各向同性体，然后减小简化求解。但是实际上地基土往往是分层的且具有非线性特。

对于表土层较厚的地基，可以将表土层看作均质、各向同性、单一介质，应用常规的布辛涅斯克地基附加应力求解方法等即可计算出表土层较为准确的附加应力。在松散层较薄，表土层覆盖厚度较小的情况下，地基附加应力将穿过表土层并进入基岩层，而在双层介质内与介质表面，即由表土层和基岩层组成的两种不同刚度的介质内和介质表面的应力扩散与集中规律也将与厚松散层应力传播机制有所差异。此时，将地基下方看作均质、各向同性、一层单一介质对地基的附加应力进行求解导致附加应力的求解不准确。若参考求解的附加应力兴建建筑物，对地面建筑工程带来一定的安全隐患，影响到建筑物的安全使用，威胁使用者的人身与财产安全。

发明内容

为克服上述现有的地基附加应力计算方法计算结果不准确的问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种薄松散层采煤沉陷区双层介质地基附加应力计算方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种薄松散层采煤沉陷区双层介质地基附加应力计算方法，包括：

将薄松散层采煤沉陷区的地基分为上部覆盖的表土层和下部的基岩层，基于Boussinesq地基模型计算出所述表土层的附加应力；