(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210735487.2 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 肖衡林　李晨旭　刘永莉　马强　 席铭洋　薛田甜　何欢　万娟　 刘一鸣　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 杨宏伟 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E02D 33/00(2006.01)E02D 27/12(2006.01) E02D 27/32(2006.01) E02D 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种桩端下伏多溶洞地基的安全顶板厚度 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种桩端下伏多溶洞地基的 安全顶板厚度计算方法， 首先将溶洞截面简化为 规则的矩形， 引入溶洞间隔， 对冲切角进行修正， 采用板理论进行求解， 做出一定参数假设， 然后 计算考虑侧溶洞的冲切角， 利用修正后的冲切角 分别计算法向拉应力和切应力情况下安全顶板 厚度， 最后选取最大厚度作为最终的安全顶板厚 度。 相比传统计算方法， 本发明考虑了岩溶区地 基中多溶洞对冲切角所造成的影 响， 所构建的破 坏模型更符合实际情况， 求得的溶洞安全顶板厚 度更为精确， 与现存理论相比能更能符合实际情 况的需要， 达到为实际工程提供理论指导的目 的。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115033966 A 2022.09.09 CN 115033966 A 1.一种桩端下伏多溶洞地基的安全顶板厚度计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 假设条件， 由于实际地质条件复杂， 为了能够实现计算， 将溶洞截面简化为规则 的矩形， 引入溶洞间隔， 对冲切角进行修 正， 采用板理论进行求 解， 做出如下基本假设： (1)岩溶顶板岩体完整且呈现水平状； (2)溶洞周围岩体为均质同种材 料； (3)溶洞天然稳定； (4)桩端荷载视为静荷载； (5)不考虑桩侧摩阻力对溶洞顶板承载力的影响； (6)多溶洞类型包括下伏桩端溶洞和下伏桩侧溶洞， 双溶洞处于同一水平空间； 步骤2、 冲切角计算， 当溶洞顶板的跨厚比较大时， 顶板一般发生冲切破坏， 其破坏面可 以简化为圆锥台面， 在双溶洞情况下， 其冲切台落点会位于桩侧溶洞靠近桩端一侧角点处， 根据步骤1的假设计算含侧溶洞一侧冲切角 α 和无侧溶洞一侧冲切角 θ； 步骤3、 仅 考虑法向拉应力提供的承载力， 计算双溶洞情况下考虑自重影响时无侧溶洞 一侧安全顶板厚度关系为： 含侧溶洞一侧安全顶板厚度为： 上式中， h为桩端下溶洞顶板 厚度， d为桩径， σt为容许冲切面法向拉应力， k1为抗冲切安 全系数， σt0l为无侧溶洞一侧的自重拉应力， σt0r为含侧溶洞一侧的自重拉应力， σb为桩底应 力； 步骤4、 仅 考虑切向剪应力提供的承载力， 多溶洞情况下考虑自重影响时无侧溶洞一侧 安全顶板厚度为： 多溶洞情况 下考虑自重影响时含侧溶洞一侧安全顶板厚度为： 上式中， τt为容许冲切面法向剪应力， k2为按抗剪模型计算的溶洞顶板安全系数， τt0l为 无侧溶洞一侧的自重 剪切应力， τt0r为含侧溶洞一侧的自重 剪切应力； 步骤5、 从公式(15)、 公式(16)、 公式(24)和公式(25)中取计算得到 的最大值， 换算后 记得到所需的桩端下伏多溶洞地基的安全顶板厚度。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115033966 A 22.根据权利要求1所述的桩端下伏多溶洞地基的安全顶板厚度计算方法， 其特征在于： 步骤2中， 含侧溶洞一侧冲切角 α 的计算公式如下： 无侧溶洞一侧冲切角 θ 的计算公式如下： 上式中， L为桩端溶洞水平宽度； L0为两溶洞间水平净距； 为桩端附近岩层土体内摩擦 角。 3.根据权利要求2所述的桩端下伏多溶洞地基的安全顶板厚度计算方法， 其特征在于： 步骤3中， 具体 计算方式如下： 在单溶洞情况下考虑溶洞顶板自重荷载影响的破坏 公式， 破坏面仅由法 向拉应力提供 承载力时， 可建立平衡方程： σt0为自重拉应力； 双溶洞情况 下无侧溶洞圆锥台侧面积Sl为： 含侧溶洞圆锥台侧面积Sr为： 由静力平衡原理得到无侧溶洞静力平衡公式为： 含侧溶洞静力平衡公式为： Pp为桩端垂直荷载， σt为容许冲切面法向拉应力， σta为含侧溶洞一侧拉应力； σtb为无侧 溶洞一侧拉应力； 无侧溶洞圆锥台自重Gl为： 含侧溶洞圆锥台自重Gr为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115033966 A 3