洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算方法的改進(jìn)

方玉樹

（后勤工程學(xué)院 重慶 401311）

1 引言

重慶地區(qū)不少建筑物建造在洞室地基上，進(jìn)行洞室地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需要驗(yàn)算洞室地基穩(wěn)定性。重慶市相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]給出了洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算方法（以下簡稱《規(guī)范》法）。該方法思路清晰，原理簡單明了，極易被工程技術(shù)人員理解和掌握。目前，該方法還在重慶市建設(shè)場地地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估中得到了應(yīng)用[1]。在應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)該方法尚有一點(diǎn)美中不足，本文對(duì)此提出了改進(jìn)意見。

2 現(xiàn)有方法的分析

《規(guī)范》方法的計(jì)算簡圖見圖1，其原理如下：

（1）將洞室地基的破壞視為洞頂巖柱沿巖柱側(cè)面的滑移破壞，洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算就是巖柱抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算。

（2）巖柱平行洞軸方向的長度取基礎(chǔ)底面平行洞軸方向的長度，巖柱垂直洞軸方向的寬度取洞跨，巖柱高度是基礎(chǔ)底面與洞頂之間的距離。

（3）巖柱側(cè)面的抗滑力取自洞室橫斷面上左右兩側(cè)面的摩擦力和粘聚力，不計(jì)前后兩個(gè)側(cè)面的抗滑力。

（4）巖柱一個(gè)側(cè)面的總摩擦力是正壓力乘以巖體內(nèi)摩擦系數(shù)，其中，正壓力是不計(jì)粘聚力作用時(shí)的朗金主動(dòng)土壓力（從基礎(chǔ)底面算至洞底），巖體內(nèi)摩擦系數(shù)是巖體內(nèi)摩擦角的正切，即巖柱一個(gè)側(cè)面的總摩擦力按下式計(jì)算：

式中，γ－巖體重度；h－基礎(chǔ)底面至洞底的距離；φk－巖體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；t－基礎(chǔ)底面平行洞軸方向的長度。

（5）巖柱一個(gè)側(cè)面的總粘聚力是巖體粘聚力乘以巖柱側(cè)面有效面積，其中巖柱側(cè)面有效面積是巖柱有效高度（即扣除了塌落高度的巖柱高度）與巖柱長度之積，即巖柱一個(gè)側(cè)面的總粘聚力Fc按下式計(jì)算：

式中，H－巖柱高度；hq－洞頂巖石塌落高度；s－對(duì)應(yīng)洞室圍巖質(zhì)量等級(jí)的阿拉伯?dāng)?shù)字，對(duì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)分別為1、2、3、4、5、6；－洞室跨度影響系數(shù)；B－洞室跨度；i－圍巖壓力增減率，B<5m時(shí)，i=0.2 ；B≥5m時(shí)，i=0.1。

（6）巖柱下滑力W是巖柱自重與其承擔(dān)的上方荷載之和，即按下式計(jì)算：

式中，q－洞室跨度范圍內(nèi)相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合但分項(xiàng)系數(shù)取1時(shí)的基底壓力；B1－洞室跨度范圍內(nèi)基底壓力的作用寬度，滿跨作用時(shí)，B1=B；Fs－巖柱下滑安全系數(shù)，取1.15。

（7）巖柱抗滑穩(wěn)定系數(shù)k按下式計(jì)算：

當(dāng)k>1時(shí)，穩(wěn)定；當(dāng)k=1時(shí)，極限平衡；當(dāng)k<1時(shí)，不穩(wěn)定。

此法中巖柱抗滑穩(wěn)定系數(shù)的含義和對(duì)巖柱抗滑穩(wěn)定狀態(tài)的描述與工程界通常的理解和做法不一致：

（1）由（5）式和（6）式知，在巖柱抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算式中，巖柱下滑力項(xiàng)含有安全系數(shù)，這削弱了穩(wěn)定系數(shù)表示安全度的功效。

（2）工程界通常把安全系數(shù)用作穩(wěn)定系數(shù)的閥值（即要求穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到的值），但由（5）式和（6）式知，穩(wěn)定系數(shù)大小取決于安全系數(shù)大小，這混淆了穩(wěn)定系數(shù)與安全系數(shù)的關(guān)系。

（3）穩(wěn)定狀態(tài)通常分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種，而《規(guī)范》法采用的是穩(wěn)定、極限平衡和不穩(wěn)定三種。

（4）此法實(shí)際上對(duì)安全度的要求恒為1.15，未與建筑物重要性或安全等級(jí)聯(lián)系起來。

3 改進(jìn)建議

鑒于上述情況，提出如下改進(jìn)建議：

（1）巖柱下滑力計(jì)算式中取消安全系數(shù)。

（2）穩(wěn)定狀態(tài)分為穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種，其界限值分別取1、1.05、Fst（安全系數(shù)）。

（3）安全系數(shù)根據(jù)洞室工程和洞室地基上建筑物的安全等級(jí)的較高者確定，一級(jí)為1.30，二級(jí)為1.20，三級(jí)為1.15。

作此改進(jìn)后的洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算方法如下：

（1）洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算式為：

式中，F(xiàn)s－巖柱抗滑穩(wěn)定系數(shù)；其余符號(hào)的意義與計(jì)算方法同前。

（2）洞室地基穩(wěn)定狀態(tài)的判斷方法為：當(dāng)Fs<1時(shí)，不穩(wěn)定；當(dāng)1≤Fs<1.05時(shí)，欠穩(wěn)定；當(dāng)1.05≤Fs

（3）安全系數(shù)對(duì)一級(jí)為1.25，對(duì)二級(jí)為1.20，對(duì)三級(jí)為1.15。

改進(jìn)后的洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算方法不再存在上述缺憾。

4 結(jié)語

洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算的《規(guī)范》法思路清晰，原理簡單明了，但存在巖柱抗滑穩(wěn)定系數(shù)的含義和對(duì)巖柱抗滑穩(wěn)定狀態(tài)的描述與工程界通常的理解和做法不一致的缺憾。本文提出了改進(jìn)意見，作此改進(jìn)后的洞室地基穩(wěn)定性驗(yàn)算方法不再存在這些缺憾。

[1]DBJ50-047-2006，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]重慶市國土資源和房屋管理局.重慶市地質(zhì)環(huán)境影響評(píng)估技術(shù)規(guī)定（試行）[Z].2010，9.