洞室地基穩定性驗算方法的改進

方玉樹

（后勤工程學院 重慶 401311）

1 引言

重慶地區不少建筑物建造在洞室地基上，進行洞室地基上的基礎設計時需要驗算洞室地基穩定性。重慶市相關標準[1]給出了洞室地基穩定性驗算方法（以下簡稱《規范》法）。該方法思路清晰，原理簡單明了，極易被工程技術人員理解和掌握。目前，該方法還在重慶市建設場地地質環境影響評估中得到了應用[1]。在應用過程中，發現該方法尚有一點美中不足，本文對此提出了改進意見。

2 現有方法的分析

《規范》方法的計算簡圖見圖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面的滑移破壞，洞室地基穩定性驗算就是巖柱抗滑移穩定性計算。

（2）巖柱平行洞軸方向的長度取基礎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，巖柱高度是基礎底面與洞頂之間的距離。

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

（4）巖柱一個側面的總摩擦力是正壓力乘以巖體內摩擦系數，其中，正壓力是不計粘聚力作用時的朗金主動土壓力（從基礎底面算至洞底），巖體內摩擦系數是巖體內摩擦角的正切，即巖柱一個側面的總摩擦力按下式計算：

式中，γ－巖體重度；h－基礎底面至洞底的距離；φk－巖體內摩擦角標準值；t－基礎底面平行洞軸方向的長度。

（5）巖柱一個側面的總粘聚力是巖體粘聚力乘以巖柱側面有效面積，其中巖柱側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，即巖柱一個側面的總粘聚力Fc按下式計算：

式中，H－巖柱高度；hq－洞頂巖石塌落高度；s－對應洞室圍巖質量等級的阿拉伯數字，對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級分別為1、2、3、4、5、6；－洞室跨度影響系數；B－洞室跨度；i－圍巖壓力增減率，B<5m時，i=0.2 ；B≥5m時，i=0.1。

（6）巖柱下滑力W是巖柱自重與其承擔的上方荷載之和，即按下式計算：

式中，q－洞室跨度范圍內相應于荷載效應基本組合但分項系數取1時的基底壓力；B1－洞室跨度范圍內基底壓力的作用寬度，滿跨作用時，B1=B；Fs－巖柱下滑安全系數，取1.15。

（7）巖柱抗滑穩定系數k按下式計算：

當k>1時，穩定；當k=1時，極限平衡；當k<1時，不穩定。

此法中巖柱抗滑穩定系數的含義和對巖柱抗滑穩定狀態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，在巖柱抗滑穩定系數計算式中，巖柱下滑力項含有安全系數，這削弱了穩定系數表示安全度的功效。

（2）工程界通常把安全系數用作穩定系數的閥值（即要求穩定系數達到的值），但由（5）式和（6）式知，穩定系數大小取決于安全系數大小，這混淆了穩定系數與安全系數的關系。

（3）穩定狀態通常分為穩定、基本穩定、欠穩定和不穩定四種，而《規范》法采用的是穩定、極限平衡和不穩定三種。

（4）此法實際上對安全度的要求恒為1.15，未與建筑物重要性或安全等級聯系起來。

3 改進建議

鑒于上述情況，提出如下改進建議：

（1）巖柱下滑力計算式中取消安全系數。

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

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

作此改進后的洞室地基穩定性驗算方法如下：

（1）洞室地基穩定性驗算式為：

式中，Fs－巖柱抗滑穩定系數；其余符號的意義與計算方法同前。

（2）洞室地基穩定狀態的判斷方法為：當Fs<1時，不穩定；當1≤Fs<1.05時，欠穩定；當1.05≤Fs

（3）安全系數對一級為1.25，對二級為1.20，對三級為1.15。

改進后的洞室地基穩定性驗算方法不再存在上述缺憾。

4 結語

洞室地基穩定性驗算的《規范》法思路清晰，原理簡單明了，但存在巖柱抗滑穩定系數的含義和對巖柱抗滑穩定狀態的描述與工程界通常的理解和做法不一致的缺憾。本文提出了改進意見，作此改進后的洞室地基穩定性驗算方法不再存在這些缺憾。

[1]DBJ50-047-2006，建筑地基基礎設計規范[S].

[2]重慶市國土資源和房屋管理局.重慶市地質環境影響評估技術規定（試行）[Z].2010，9.