岩溶洞穴顶板安全厚度评价

岩溶洞穴顶板安全厚度评价：贵阳市已知岩溶发育深度在300米以上，我市的建筑基础必须面对和解决岩溶发育地基问题已是不争的事实。洞穴顶板稳定性评价就成为一个比较突出的工程问题。

评价洞穴稳定性必须掌握和分析以下因素：

1. 洞穴条件：包括洞穴的位置、形态、大小、顶板厚度、洞顶形态、跨度、围岩岩性、岩体强度、岩层产状、节理裂隙状况、顶板岩体的岩溶发育状况等等。

2. 相关条件：荷载状况（受荷时间、荷载性质、荷载大小），岩石含水量及温度变化影响、水动力条件及其搬运作用等。

洞穴稳定性评价是一个复杂而且比较困难的问题。目前工程实践中只能把以上因素加以概化，提出一些近似的办法加以处理。以下几点可供参考：

A. 完整顶板安全厚度评价：洞穴顶板岩体节理裂隙少或节理切割不深，或节理胶结良好者为完整顶板。

1. 近似结构分析法

（1）荷载传递线交汇法：参照梁的设计，假定荷载扩散角为30°～35°向下传递，此传递线交于顶板与洞壁的交点以外时，即认为洞壁直接支承顶板上的外荷与自重，顶板是安全的。

（2）双向板分析法：完整的水平顶板，可以近似地作为四周嵌制的矩形板验算其稳定性。

2. 临界厚跨比法：影响洞穴顶板稳定性的主要四个因素为顶板的完整度、洞顶形态（成拱状况）、顶板厚度和建筑物跨过溶洞的长度。以未成拱的水平顶板受力最不利。当洞顶板都属完整时，则可取

水平顶板的厚度h与跨长L之比为最小者，作为评价完整顶板安全厚度的临界值，大于此值的顶板为安全。

国内不同研究资料对安全厚跨比提出了不同的经验值，为0.2～0.87，我们建议使用铁二院的建议值0.5～0.78。和应力传递线交汇法比较，h/L=0.5相当于混凝土应力扩散角为30°。

广州徐谦等人曾根据压力拱平衡理论，推导出最稳定的自然平衡拱的拱高H与拱跨L的关系式：H=L/2f，其中f为岩石单轴极限抗压强度的千分之一。

B. 洞穴顶板冲切承载力计算：四川省《建筑地基基础设计规范》（DB51/5003-93）即重庆规范，提出的计算式为：

0.3

F1= f1U m h

λ+0.5

矩形基础时：Um=b+L+2λh

条形基础时：Um=b+λh

验算时应符合下式要求：F1≥F+(b+λh)(L+λh)γh

式中：F1—顶板冲切极限承载力设计值

f1—岩石抗拉极限强度设计值，当缺乏抗拉试验资料时，可取f1=0.05-0.1fγ；硬度岩取小值，极软岩取大值。

fγ—岩石天然抗压强度标准值。

λ—冲跨比；取λ=0.3-0.5，硬质岩取高值。

U m—冲切破坏锥体在h/2高度处的周长。

h—基础底面下洞穴顶板的厚度。

γ—岩石的重度。

贵阳市建筑设计院李小松根据工程实践对该公式提出了修正意

见，见《贵州勘察设计》一九九八年第一期。国内尚有其他人提出过类似的洞穴顶板冲切强度计算方法。

C. 根据洞穴顶板被节理裂隙切割的形状，将岩体视为自承重体系进行结构力学分析，可按梁、板、拱、壳等结构体系进行验算。

D. 成拱分析法：对于略成拱形的完整顶板及成穹窿形（拱形）但并不十分完整的顶板，且拱脚以下围岩稳定，溶洞无横向扩大可能者，可近似地用石砌拱桥的拱圈厚度作类比来评价溶洞拱顶的安全厚度。用拱形溶洞的矢跨比和跨度与矢跨比相近的石拱桥比较，如溶洞顶厚度大于石拱桥拱圈厚度，则拱形溶洞是稳定的。

溶洞顶板安全厚度的评价是一个比较复杂的问题，我们建议在工程实践中采用多种方法进行比较和综合评价，以确保其可靠性。