洞室地基稳定性验算方法的改进

方玉树

（后勤工程学院 重庆 401311）

1 引言

重庆地区不少建筑物建造在洞室地基上，进行洞室地基上的基础设计时需要验算洞室地基稳定性。重庆市相关标准[1]给出了洞室地基稳定性验算方法（以下简称《规范》法）。该方法思路清晰，原理简单明了，极易被工程技术人员理解和掌握。目前，该方法还在重庆市建设场地地质环境影响评估中得到了应用[1]。在应用过程中，发现该方法尚有一点美中不足，本文对此提出了改进意见。

2 现有方法的分析

《规范》方法的计算简图见图1，其原理如下：

（1）将洞室地基的破坏视为洞顶岩柱沿岩柱侧面的滑移破坏，洞室地基稳定性验算就是岩柱抗滑移稳定性计算。

（2）岩柱平行洞轴方向的长度取基础底面平行洞轴方向的长度，岩柱垂直洞轴方向的宽度取洞跨，岩柱高度是基础底面与洞顶之间的距离。

（3）岩柱侧面的抗滑力取自洞室横断面上左右两侧面的摩擦力和粘聚力，不计前后两个侧面的抗滑力。

（4）岩柱一个侧面的总摩擦力是正压力乘以岩体内摩擦系数，其中，正压力是不计粘聚力作用时的朗金主动土压力（从基础底面算至洞底），岩体内摩擦系数是岩体内摩擦角的正切，即岩柱一个侧面的总摩擦力按下式计算：

式中，γ－岩体重度；h－基础底面至洞底的距离；φk－岩体内摩擦角标准值；t－基础底面平行洞轴方向的长度。

（5）岩柱一个侧面的总粘聚力是岩体粘聚力乘以岩柱侧面有效面积，其中岩柱侧面有效面积是岩柱有效高度（即扣除了塌落高度的岩柱高度）与岩柱长度之积，即岩柱一个侧面的总粘聚力Fc按下式计算：

式中，H－岩柱高度；hq－洞顶岩石塌落高度；s－对应洞室围岩质量等级的阿拉伯数字，对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级分别为1、2、3、4、5、6；－洞室跨度影响系数；B－洞室跨度；i－围岩压力增减率，B<5m时，i=0.2 ；B≥5m时，i=0.1。

（6）岩柱下滑力W是岩柱自重与其承担的上方荷载之和，即按下式计算：

式中，q－洞室跨度范围内相应于荷载效应基本组合但分项系数取1时的基底压力；B1－洞室跨度范围内基底压力的作用宽度，满跨作用时，B1=B；Fs－岩柱下滑安全系数，取1.15。

（7）岩柱抗滑稳定系数k按下式计算：

当k>1时，稳定；当k=1时，极限平衡；当k<1时，不稳定。

此法中岩柱抗滑稳定系数的含义和对岩柱抗滑稳定状态的描述与工程界通常的理解和做法不一致：

（1）由（5）式和（6）式知，在岩柱抗滑稳定系数计算式中，岩柱下滑力项含有安全系数，这削弱了稳定系数表示安全度的功效。

（2）工程界通常把安全系数用作稳定系数的阀值（即要求稳定系数达到的值），但由（5）式和（6）式知，稳定系数大小取决于安全系数大小，这混淆了稳定系数与安全系数的关系。

（3）稳定状态通常分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四种，而《规范》法采用的是稳定、极限平衡和不稳定三种。

（4）此法实际上对安全度的要求恒为1.15，未与建筑物重要性或安全等级联系起来。

3 改进建议

鉴于上述情况，提出如下改进建议：

（1）岩柱下滑力计算式中取消安全系数。

（2）稳定状态分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四种，其界限值分别取1、1.05、Fst（安全系数）。

（3）安全系数根据洞室工程和洞室地基上建筑物的安全等级的较高者确定，一级为1.30，二级为1.20，三级为1.15。

作此改进后的洞室地基稳定性验算方法如下：

（1）洞室地基稳定性验算式为：

式中，Fs－岩柱抗滑稳定系数；其余符号的意义与计算方法同前。

（2）洞室地基稳定状态的判断方法为：当Fs<1时，不稳定；当1≤Fs<1.05时，欠稳定；当1.05≤Fs

（3）安全系数对一级为1.25，对二级为1.20，对三级为1.15。

改进后的洞室地基稳定性验算方法不再存在上述缺憾。

4 结语

洞室地基稳定性验算的《规范》法思路清晰，原理简单明了，但存在岩柱抗滑稳定系数的含义和对岩柱抗滑稳定状态的描述与工程界通常的理解和做法不一致的缺憾。本文提出了改进意见，作此改进后的洞室地基稳定性验算方法不再存在这些缺憾。

[1]DBJ50-047-2006，建筑地基基础设计规范[S].

[2]重庆市国土资源和房屋管理局.重庆市地质环境影响评估技术规定（试行）[Z].2010，9.