基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法

1.本发明涉及一种地裂缝防灾减灾技术方法，尤其涉及一种基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，属于地质灾害防治技术领域。

背景技术：

2.地裂缝是一种世界性地质灾害，其往往具有地表带状破裂的分布特征、以垂直差异沉降为主的活动特征、“正断层式”剪切蠕动变形特征、缓变致灾性、发育特殊性(多发育于城市主城区)、发育广泛性和致灾严重性。地裂缝的发育活动会引起地裂缝场地地表呈现出上下盘差异沉降的变形规律。相应带来的地裂缝向“地基—基础—上部结构”的活动轨迹最终将导致差异沉降变形区内场地建筑物的失稳破坏以及建设场地资源的浪费等地裂缝灾害。不仅可毁坏房屋建筑和农田，还会影响道路、地铁、地下管廊、桥梁等基础设施的正常使用和安全稳定。例如，仅西安城区将有达480万平方米的土地资源因地裂缝活动的影响不能建建筑物而遭到浪费，地裂缝场地中近3000座已建房屋结构遭到破坏。因此，地裂缝灾害的长期防治面临严峻挑战，针对地裂缝灾害防治方法的研究已成为地质灾害研究领域的重要研究课题之一。
3.现有的地裂缝减灾与防控的方法主要有“避让型”防治法和“被动型”防治法。
[0004]“避让型”防治法，是指通过规定地裂缝场地安全避让距离使建筑物免遭地裂缝破坏。如《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》(dbj61-6-2006)中已经结合结构类别和建筑物的重要性类别明确给出了地裂缝场地建筑物最小避让距离，并一直沿用至今。规程规定地裂缝变形影响区范围为地裂缝垂直差异运动在地层剖面中形成的影响带，该带由主变形区、微变形区和潜在变形区组成，对于地裂缝上盘，主变形区0～6m，次变形区6～20m；对于地裂缝下盘，主变形区0～4m，次变形区4～12m。然而这一传统方法因要求建(构)筑物需按规定的安全距离避让地裂缝必然造成巨大的土地资源浪费。尤其是像北京、西安、大同、太原、唐山、保定、邢台、沧州、廊坊、邯郸、常州、无锡、江阴和苏州，地裂缝密集发育于城市的主城区，“高大深重”建(构)筑物“傍缝而建”的现象非常普遍，在城市用地极为紧缺的情况下如何有效利用紧缺性土地资源至关重要。
[0005]“被动型”减灾方法，是指通过加固基础、设置沉降缝等方式来减小差异沉降变形。“被动型”的防治方法之一为拆除法或隔离法，其基本原理为将建(构)筑物分为两个独立的单元，一个在地裂缝上盘，一个在下盘，两个单元之间留有lm宽的通道，地裂缝从通道穿过楼体。但拆除法或隔离建(构)筑物对结构而言本身就是一种损害，对跨地裂缝及建在地裂缝变形影响区范围内的已有的重要建(构)筑物防治并不适用。“被动型”的防治方法之二为被动加固基础和上部结构，以抵抗地裂缝差异沉降引起的结构破坏，其基本原理就是提高基础及上部结构的强度和刚度，但这必然极大的增加了设计与施工成本，且在地裂缝的蠕变变形作用下需要对建(构)筑物进行持续维护以保证其使用寿命。
[0006]
因此，重新审视避让型防治方法的适用性和现有被动型防治方法的有效性，提出高效、经济且安全的地裂缝灾害防治方法，对地裂缝带建(构)筑物安全稳定具有重要的理
论实际意义。

技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法。该方法可减小地裂缝两侧土体的差异沉降变形，克服地裂缝下盘土体的变形，减小地裂缝工程建设场地的避让范围，不仅能实现地裂缝灾害的主动防治，而且可实现支护结构内力计算和稳定性评价。
[0008]
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0009]
基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，包括以下步骤：
[0010]
步骤1.1，获取地裂缝场地土层剖面参数；
[0011]
所述土层剖面参数包括：土层的结构组成，每层土的埋深hi，每层土的物理、力学性质；所述物理、力学性质包括弹性模量e、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角
[0012]
步骤1.2，获取地裂缝的基本参数；
[0013]
所述基本参数包括：地裂缝的倾角及地下延伸深度；
[0014]
步骤1.3，获取地裂缝的强度参数以及地裂缝剖面与上下盘各土层之间界面材料的强度参数；
[0015]
所述强度参数包括：法向刚度模量kn、剪切刚度模量k
t
、粘聚力c和内摩擦角
[0016]
步骤1.4，根据步骤1.1、1.2、1.3的获取的参数建立原始场地的数值分析模型；
[0017]
步骤1.5，在步骤1.4建立的数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下原始场地的地表差异沉降曲线；
[0018]
步骤2.1，获取隔离墙的材料参数、隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数，根据地裂缝的基本参数，建立包含不同结构参数的隔离墙的地裂缝场地数值分析模型；
[0019]
所述隔离墙的材料参数包括：隔离墙材料、弹性模量e、泊松比μ和容重γ；所述结构参数包括：隔离墙距地裂缝地表露头距离、隔离墙宽度、隔离墙嵌入深度；
[0020]
步骤2.2，在步骤2.1建立的包含不同结构参数的隔离墙的地裂缝场地数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下设置有隔离墙的原始场地的地表差异沉降曲线，与步骤1.5比较进而获得不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律；
[0021]
步骤2.3，根据不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律确定隔离墙的结构参数。
[0022]
步骤1.2中，所述地裂缝的倾角及地裂缝地下延伸深度的获取方式，可以是现场地质勘查、钻探，也可以是通过前人总结。通常情况下，地裂缝的倾角范围确定在60
°
到80
°
之间。为方便数值模拟计算，可以将地裂缝的地下延伸深度设定为50m。
[0023]
步骤1.4中，所述数值分析模型可以采用有限元软件(midas gts nx)建立。
[0024]
步骤1.5中，所述模拟地裂缝差异沉降运动通过设置不同的地裂缝垂直位错量sz实现。垂直位错量sz可以为10、20、30、40或50cm。
[0025]
步骤2.1中，所述隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数根据隔离墙的厚度tv和强度折减系数r确定。所述建立具有不同结构参数的隔离墙的地裂缝场地数值分析模型是指在数值分析模型中的地裂缝与土层之间、隔离墙与土层之间建立界面单元，在
数值分析模型的侧向边界设置水平约束、底部边界设置竖向约束。一般采用不小于c30混凝土强度的材料作为隔离墙的材料。结构参数可以任意确定；具体的，可以根据经验或者相关设计规范确定。
[0026]
步骤2.2中，所述模拟地裂缝差异沉降运动通过设置不同的地裂缝垂直位错量sz实现。垂直位错量sz可以为10、20、30、40或50cm。
[0027]
步骤2.3中，所确定的隔离墙的结构参数应当满足以下要求：当所确定的隔离墙的结构参数变化时，其在地裂缝差异运动过程中对地表变形的影响可以忽略时的临界结构参数。
[0028]
上述基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，还可以包括以下步骤：
[0029]
步骤3.1，模拟具有步骤2.3所确定的结构参数的隔离墙在地裂缝差异沉降运动作用下的受力特征，获得隔离墙的内力和弯矩，进而计算得出隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小和水平位移大小；
[0030]
步骤3.2，对隔离墙的变形状态及稳定性进行评价：
[0031]
将隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小与规范中支护结构的设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移进行对比，判断是否超过设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移；对于超过设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移的，进行隔离墙结构参数的补强设计，对于安全富余度较高的，对原隔离墙参数进行优化设计。
[0032]
步骤3.1可以采用下述方法计算得出隔离墙的在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小：通过文克尔地基模型所研究的挠度曲线微分方程推导出相应的水平抗力公式，采用m法，计算得到支护结构各截面的水平位移x：
[0033][0034]
p
x
＝khxb0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0035]
kh＝mznꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0036]
上式中，由于采用的是m法，故n＝1，m作为土的水平抗力系数的比例系数，该数值可按《建筑桩基技术规范》jgj94-2008附录c.0.2.确定、z为桩体埋深长度、kh为土的水平抗力系数、p
x
为土体作用在桩上的水平抗力、e为桩的弹性模量、i为桩的惯性矩、b0为桩的计算宽度、x为桩的水平位移、dx为水平位移微元、dz为桩体埋深微元。
[0037]
步骤3.2中，隔离墙结构参数的补强设计措施包括：加强支护参数和预加固技术。加强支护参数包括：选用强度更大的混凝土、加厚加深混凝土、添加钢筋和加密加长锚杆。预加固技术包括超前预注浆、超前锚杆等。
[0038]
本发明的特点还在于：
[0039]
步骤1.5中：在地裂缝差异沉降运动下原始场地的地表差异沉降曲线和水平位移曲线获取的基础上，其地裂缝原始场地在地裂缝差异沉降运动时会受到自重应力和水平构造应力的综合作用，导致地表产生不均匀沉降(差异沉降)和水平变形，在差异沉降位移最大处的地表易产生张拉剪切破坏，并形成开裂面。其中最大水平位移处、局部沉降最大处均发生在沉降曲线突变点处；地表以下的地层沉降也符合地表沉降模式，也具有类似的不均匀沉降和水平拉裂，其区别在于，地表以下的土层由于更接近基底断裂，受到的地质构造应力也更大，从而引起的差异沉降也比地表沉降更大，加之沉积差异，使得地裂缝上下盘同一
土层的埋深和厚度具有不一致性(错断明显)，表现出“地层差异效应”。
[0040]
步骤2.1中：隔离墙材料是为了达到引导地裂缝活动方向、转移和减小地裂缝活动变形的作用，要求墙体的强度就得远大于场地土层的强度，进而把隔离墙嵌入地裂缝场地后可起到阻止地裂缝上盘土层向下滑动，结合工程实际一般采用不小于c30混凝土强度的材料作为隔离墙的材料。
[0041]
步骤2.2中：在获取设置有隔离墙的原始场地的地表差异沉降曲线的基础上，设置了隔离墙的地裂缝场地也同样受到自重应力和水平构造应力的综合作用，但由于隔离墙的存在，在应力从基底沿地裂缝走向往上传递的过程中受到了墙体的阻隔，绝大部分作用力无法越过隔离墙传递到墙后地裂缝上，在地表沉降方面，则表现出差异沉降集中在隔离墙处，墙后地表沉降量显著减小，上盘的沉降量也有些许的减缓；在水平位移方面，拉裂破坏点也向隔离墙处转移，且有明显地减小。
[0042]
本发明的有益效果是：根据地质勘查得到的地裂缝场地地质剖面结构和地裂缝分布及其发育状态，获取了较为完整、能较好反映实际的地裂缝场地地质模型，然后根据地裂缝活动可能产生的最大垂直位错和沿地裂缝走向滑动的断裂模式，来构建基于隔离墙的地裂缝场地活动响应数值分析模型，并进行支护结构(隔离墙)的稳定性评价及优化设计。该方法使地裂缝灾害得到了主动的防控防治，一改以往“避让型”减灾方法和“被动型”减灾方法的缺陷，真正实现了减小地裂缝差异变形并能引导、转移地裂缝发展方向的目的，方便快捷，且原理简单有效。
附图说明
[0043]
图1是本发明实施例的步骤流程图；
[0044]
图2是本发明实施例地裂缝原始场地数值分析模型单元网格图；
[0045]
图3是本发明实施例原始场地地裂缝活动引起地表差异沉降曲线图；
[0046]
图4是本发明实施例设置隔离墙场地数值分析模型单元网格图；
[0047]
图5是本发明实施例设置隔离墙场地地裂缝活动引起地表差异沉降曲线图；
[0048]
图6是本发明实施例有无设置隔离墙时地裂缝场地地表差异沉降曲线对比图；
[0049]
图7是本发明实施例设置隔离墙场地地裂缝活动产生墙体剪力的模型示意图；
[0050]
图8是本发明实施例设置隔离墙场地地裂缝活动产生墙体弯矩的模型示意图；
[0051]
图9是本发明实施例隔离墙距地裂缝地表露头距离因子影响下地裂缝活动引起地表竖向差异沉降曲线图；
[0052]
图10是本发明实施例地裂缝处地表竖向差异沉降与隔离墙距地裂缝地表露头距离关系图；
[0053]
图11是本发明实施例隔离墙嵌入深度因子影响下地裂缝活动引起地表竖向差异沉降曲线图；
[0054]
图12是本发明实施例地裂缝处地表竖向差异沉降与隔离墙嵌入土层深度关系图；
[0055]
图13是本发明实施例隔离墙宽度因子影响下地裂缝活动引起地表竖向差异沉降曲线图；
[0056]
图14是本发明实施例地裂缝处地表竖向差异沉降与隔离墙宽度关系图
具体实施方式
[0057]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0058]
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0059]
一种基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，按照以下步骤实施：
[0060]
步骤1.1，获取地裂缝场地土层剖面参数；所述土层剖面参数包括：土层的结构组成，每层土的地质埋深hi，每层土的物理、力学性质；所述物理、力学性质包括弹性模量e、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角所述获取地裂缝场地土层剖面参数的具体方式，可以是对地裂缝场地进行地质勘探，也可以是查阅文献资料。土层的结构组成是指地裂缝延伸深度下的土层结构组成；所述每层土层的物理、力学性质可以通过物理力学性质试验获取；具体的，可以通过对土体的物理力学性质试验获得不同取土深度、距地裂缝上下盘两侧不同距离的土层试样的物理、力学特性。
[0061]
步骤1.2，获取地裂缝的基本参数；所述地裂缝的基本参数包括：地裂缝的倾角及地下延伸深度。所述地裂缝的倾角及地裂缝地下延伸深度的获取方式，可以是现场地质勘查、钻探，也可以是通过前人总结。通常情况下，地裂缝的倾角范围确定在60
°
到80
°
之间，但不局限于此，依据场地实际情况而确定；地下延伸深度与地裂缝倾角和其与地裂缝地表露头距离有关，地裂缝倾角越大其埋深越深，距地裂缝地表露头越远其埋深越深。
[0062]
步骤1.3，获取地裂缝的强度参数以及地裂缝剖面土层上下盘之间界面材料的强度参数，所述强度参数包括法向刚度模量kn、剪切刚度模量k
t
、粘聚力c和内摩擦角强度参数通过对地裂缝的特征和规范中关于一般岩土介质之间界面参数的常规取值综合考虑进行确定。
[0063]
步骤1.4，根据步骤1.1、1.2、1.3的获取的参数建立原始场地的数值分析模型，如图2所示；所述数值分析模型为采用有限元软件(midas gts nx)建立不同地裂缝倾角下的原始场地数值分析模型；
[0064]
步骤1.5，在步骤1.4建立的数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下原始场地的地表差异沉降曲线。所述模拟地裂缝差异沉降运动是指在地裂缝上盘土体底部沿地裂缝走向分步施加不同强制位移的地裂缝垂直位错量sz以模拟地裂缝差异沉降活动，可通过设置不同的地裂缝垂直位错量sz实现，不同地裂缝垂直位错量下原始场地的地表差异沉降曲线如图3所示；具体的垂直位错量sz可以为10、20、30、40或50cm。
[0065]
步骤2.1，获取隔离墙的材料参数、隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数，根据地裂缝的基本参数建立包含不同结构参数隔离墙的地裂缝场地数值分析模型，如图4所示。所述隔离墙的材料参数包括：隔离墙材料、弹性模量e、泊松比μ和容重γ；所述结构参数包括：隔离墙距地裂缝地表露头距离、隔离墙宽度、隔离墙嵌入深度。所述隔离墙材
料是为了达到引导地裂缝活动方向、转移和减小地裂缝活动变形的作用，要求墙体的强度就得远大于场地土层的强度，进而把隔离墙嵌入地裂缝场地后可起到阻止地裂缝上盘土层向下滑动，结合工程实际一般采用不小于c30混凝土强度的材料作为隔离墙的材料。所述隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数是考虑到隔离墙和地基土的相对刚度差异，根据隔离墙的厚度tv和强度折减系数r确定；在隔离墙与土体之间，取tv＝0.1m、r＝0.3。
[0066]
步骤2.2，在步骤2.1建立的包含不同结构参数隔离墙的数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下设置有隔离墙的原始场地的地表差异沉降曲线如图5所示，与步骤1.5比较进而获得不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律如图6所示；所述建立的包含不同结构参数隔离墙的地裂缝场地数值分析模型是指在数值分析模型中的地裂缝与土层之间、隔离墙与土层之间建立界面单元，在数值分析模型的侧向边界设置水平约束、底部边界设置竖向约束；所述模拟地裂缝差异沉降运动是指在地裂缝上盘土体底部沿地裂缝走向分步施加不同强制位移的地裂缝垂直位错量sz以模拟地裂缝差异沉降活动，可通过设置不同的地裂缝垂直位错量sz实现，且应当与步骤1.5施加的垂直位错量sz相同；所述不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律可以采用单一变量原则，通过模拟地裂缝差异沉降运动得到不同隔离墙结构参数影响下的隔离墙与地裂缝之间的影响规律，如图7至图12所示。
[0067]
步骤2.3，根据步骤2.2中不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律确定隔离墙的结构参数；所确定的隔离墙的结构参数应当满足以下要求：当所确定的隔离墙的结构参数变化时，其在地裂缝差异运动过程中对地表变形的影响可以忽略时的临界结构参数。
[0068]
步骤3.1，模拟具有步骤2.3所确定的结构参数的隔离墙在地裂缝差异沉降运动作用下的受力特征，获得隔离墙的内力和弯矩(图13和图14)，进而计算得出隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小和水平位移大小；
[0069]
所述隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小和水平位移大小采用下述方法计算得出：通过文克尔地基模型所研究的挠度曲线微分方程推导出相应的水平抗力公式，采用m法，计算得到支护结构各截面的水平位移x：
[0070][0071]
p
x
＝khxb0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0072]
kh＝mznꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0073]
上式中，由于采用的是m法，故n＝1，m作为土的水平抗力系数的比例系数，该数值可按《建筑桩基技术规范》jgj94-2008附录c.0.2.确定、z为桩体埋深长度、kh为土的水平抗力系数、p
x
为土体作用在桩上的水平抗力、e为桩的弹性模量、i为桩的惯性矩、b0为桩的计算宽度、x为桩的水平位移、dx为水平位移微元、dz为桩体埋深微元。
[0074]
步骤3.2，对隔离墙的变形状态及稳定性进行评价；所述隔离墙的变形状态及稳定性进行评价是指将隔离墙的在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小与规范中支护结构的设计抗剪强度、弯矩和容许最大位错量进行对比，判断是否超过设计抗剪强度和容许最大位移，对于超过设计抗剪强度和容许最大位移的，进行隔离墙结构参数的补强设计，对于安全富余度较高的，对原隔离墙参数进行优化设计。隔离
墙结构参数的补强设计措施包括：加强支护参数和预加固技术。加强支护参数包括选用强度更大的混凝土、加厚加深混凝土墙、添加钢筋、加密加长锚杆。预加固技术包括超前预注浆、超前锚杆等。
[0075]
实施例
[0076]
选取西安一典型地裂缝作为样本。步骤如图1所示。
[0077]
步骤一、地裂缝场地地层剖面结构判定；
[0078]
步骤1.1，对地裂缝场地土层剖面进行测量；
[0079]
在地裂缝场地土层宽度200m、纵深50m的剖面结构内，一共存在有三层土体，分别为：q3黄土层、q3古土壤层和q2粘土层。其中，地裂缝上盘q3黄土埋深11.4m、古土壤层厚度为3.6m、粘土层深度则达到35m；地裂缝下盘q3黄土层埋深10m、q3古土壤则有3m深、q2粘土层厚度可达37m，其地层几何关系如表1所示。而整个地裂缝场地土层物理力学参数则如表2所示。
[0080]
表1地裂缝场地地层几何关系
[0081][0082]
表2地裂缝场地土层物理力学参数
[0083][0084][0085]
步骤1.2，判断地裂缝产状；
[0086]
根据西安地区常见的地裂缝分布发育特点，确定取用的地裂缝倾角为70
°
。
[0087]
步骤1.3，确定地裂缝参数；
[0088]
考虑到西安地裂缝特征及岩土介质之间界面参数的一般取值，确定地裂缝的强度参数，如表3所示；得到不同土层各自上下盘之间界面材料的强度参数，如表4所示；此外，考虑到西安地裂缝在100a内的最大垂直位错量建议值为500mm，并为了模拟地裂缝在长时间蠕动变形下的力学过程，将工况中的垂直位错量sz分步取为10，20，30，40，50cm。
[0089]
表3地裂缝强度参数
[0090][0091]
表4不同土层上下盘之间界面材料强度参数
[0092][0093]
步骤1.4，确定地裂缝场地地层剖面结构，合理划分网格尺寸，采用有限元软件(midas gts nx)建立70
°
地裂缝倾角下原始场地的有限元模型；如图2所示。
[0094]
步骤1.5，采用数值分析方法，获取在地裂缝差异沉降运动下原始场地的地表差异沉降曲线，如图3所示。
[0095]
步骤二、获取隔离墙的材料参数，根据地裂缝的基本参数，在原始场地上设置不同结构参数的隔离墙，并通过模拟地裂缝差异沉降运动，分析不同结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律。选用c30混凝土作为隔离墙的材料，具体参数见表5；在有限元软件前处理阶段取隔离墙厚度tv＝0.1m、强度折减系数r＝0.3，得到隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数。隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数见表6。
[0096]
表5隔离墙材料参数
[0097]
隔离墙材料弹性模量e泊松比μ容重γc30混凝土3
×
107kn/m20.22400kn/m3[0098]
表6隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数
[0099][0100][0101]
考虑到不同结构参数对地裂缝差异沉降运动作用的影响：包括隔离墙距地裂缝地表露头距离、隔离墙宽度、隔离墙嵌入深度对地裂缝差异沉降运动作用的影响，采取单一变量原则，通过模拟地裂缝差异沉降运动，获得隔离墙不同结构参数对地裂缝差异沉降运动影响规律。
[0102]
从隔离墙宽度这个因素考虑，根据一般挡土墙设计规范，将隔离墙宽度设计为0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m；
[0103]
从隔离墙距地裂缝地表露头距离这个方面出发考虑，参考西安地裂缝场地勘察与工程设计规程规定的西安地裂缝差异沉降变形区(上盘主变形区0-6m、微变形区6-20m)，结合70
°
地裂缝倾角，设计隔离墙距地裂缝地表露头距离为2m、4m、5m、6m、7m、8m、10m、12m、14m、16m；从隔离墙嵌入深度考虑，通过隔离墙对地裂缝的作用机理分析得知需要让隔离墙贯穿地裂缝断裂面才能使隔离墙发挥它应有的隔离作用，于是需要结合隔离墙距地裂缝地表露头距离这个因素去设计嵌入深度，详细设计情况见表7；
[0104]
表7隔离墙距地裂缝地表露头距离及嵌入深度设计表
[0105][0106]
在不同结构参数隔离墙作用下，施加隔离墙后的地裂缝场地在地裂缝差异沉降运动作用下的地表竖向差异沉降曲线图和水平位移曲线如图5-12所示。分析图中的曲线可知不同结构参数隔离墙对地裂缝场地土层变形特征和力学响应的影响规律，并由此探明不同结构参数隔离墙作用下地裂缝场地土层差异沉降变形区范围，提出基于隔离墙-地裂缝灾害主动防控标准。
[0107]
从隔离墙距地裂缝地表露头距离的因素分析，可以看出在距地裂缝地表露头6m范围之内设置隔离墙对扩大地裂缝场地建设范围有着很好的效果，场地地裂缝地表露头处的沉降变形量较小(图8)；若从6m范围之外设置隔离墙，由于距地裂缝地表露头远，被隔断土体自重大导致墙体承受不住其侧向土压力引起局部塌陷，也导致在原先地裂缝处仍存在些许差异沉降现象。由此确定地裂缝倾角为70
°
时的地裂缝场地，距地裂缝地表露头6m范围之内设置隔离墙后可减小地裂缝差异沉降变形，进而达到扩大地裂缝场地建设范围的目的。
[0108]
从隔离墙嵌入深度的因素分析，可以看出70
°
地裂缝场地中，在隔离墙设置于距地裂缝地表露头6m处的前提下，嵌入深度在50m之前对地表差异沉降的影响较大，50m之后的影响较小(图10)。故在上述前提下，出于建造费用考虑，隔离墙的嵌入深度确定为50m。
[0109]
从隔离墙宽度的因素分析，70
°
地裂缝倾角及50m嵌入深度条件下，隔离墙宽度大于2m后整体的地表差异沉降曲线几乎未受影响(图12)，再考虑到一般挡土墙的设计，可将隔离墙宽度设计为2m。
[0110]
根据上述确定的隔离墙结构参数，即选用距地裂缝地表露头6m、嵌入深度50m、宽度2m的隔离墙设计方案，采用有限元软件(midas gts nx)建立70
°
地裂缝倾角下设置相应隔离墙的地裂缝的数值分析模型；在地裂缝与土层之间、隔离墙与土层之间建立界面单元，在模型侧向边界设置水平约束、底部边界设置竖向约束；获得设置隔离墙场地数值分析模型图，如图4所示；在地裂缝上盘土体底部沿地裂缝走向分步施加垂直位错为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、的强制位移以模拟地裂缝差异沉降活动，获得设置隔离墙场地地裂缝活动引起地表差异沉降曲线图(如图5所示)。
[0111]
步骤三、支护结构内力计算及隔离墙稳定性评价，
[0112]
模拟隔离墙在地裂缝差异沉降作用下的受力特征，获得隔离墙支护结构的内力和弯矩(如图13、14所示)，根据基础工程中关于弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析，通过文克尔地基模型所研究的挠度曲线微分方程推导出相应的水平抗力公式，采用m法计算得到支护结构各截面的水平位移x：
[0113]
[0114]
p
x
＝khxb0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0115]
kh＝mznꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0116]
选用距地裂缝地表露头6m、嵌入深度50m、宽度2m的隔离墙设计方案，查《建筑桩基技术规范》jgj94-2008附录c.0.2.确定m＝95.02mn/m4，n＝1，z＝50m，kh＝4750.78mn/m3,b0＝2m，e＝3
×
107kpa，i＝1.3m4；根据上述挠度曲线微分方程计算得到水平位移x＝6.42cm，代入公式2得到隔离墙所受最大剪力p
x
为610kn，最大弯矩为4023.8kn
·
m。
[0117]
根据隔离墙所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小，对隔离墙的变形状态及稳定性进行评价，并与规范中支护结构的设计抗剪强度[τ
t
]、弯矩[m
t
]和容许最大位错量[x
max
]进行对比，判断是否超过许可强度和容许位移。对于超过许可强度和容许位移的，进行隔离墙结构参数的补强设计，例如加强支护参数(选用强度更大的混凝土、加厚加深混凝土墙、添加钢筋、加密加长锚杆)、预加固技术(超前预注浆、超前锚杆等)，对于安全富余度较高的，对原隔离墙参数进行优化设计。
[0118]
可见，基于隔离墙的地裂缝“主动引导型”减灾方法，相较于“避让型”和“被动型”减灾方法更为简便、实用，对于不同地裂缝倾角、不同地层参数、不同建(构)筑物类型的实际工程来说，其隔离墙的设计方案也有所差异，更具备施工的灵活性。
[0119]
本发明通过在地裂缝场地上盘设置隔离墙，主动引导地裂缝活动破裂方向，协调因地裂缝活动产生的差异沉降变形，扩大地裂缝场地建设范围。建立一种基于隔离墙不同设计方案下地表沉降曲线的“主动引导型”地裂缝减灾新方法，并提出一种基于隔离墙的地裂缝灾害主动防控标准。最后，基于桩墙在水平荷载下的理论分析，采用m法计算墙体截面的弯矩、剪力和变形，与规范标准值进行对比验证了本发明的合理性和适用性。为地裂缝场地支护结构设计、差异变形区评判等提供了一套科学的分析方法。
[0120]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：

1.基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1.1，获取地裂缝场地土层剖面参数；所述土层剖面参数包括：土层的结构组成，每层土的埋深h
i
，每层土的物理、力学性质；所述物理、力学性质包括弹性模量e、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角步骤1.2，获取地裂缝的基本参数；所述基本参数包括：地裂缝的倾角及地下延伸深度；步骤1.3，获取地裂缝的强度参数以及地裂缝剖面与上下盘各土层之间界面材料的强度参数，所述强度参数包括法向刚度模量k
n
、剪切刚度模量k
t
、粘聚力c和内摩擦角步骤1.4，根据步骤1.1、1.2、1.3的获取的参数建立原始场地的数值分析模型；步骤1.5，在步骤1.4建立的数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下原始场地的地表差异沉降曲线；步骤2.1，获取隔离墙的材料参数、隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数，根据地裂缝的基本参数，建立包含不同结构参数隔离墙的地裂缝场地数值分析模型；所述隔离墙的材料参数包括：隔离墙材料、弹性模量e、泊松比μ和容重γ；所述结构参数包括：隔离墙距地裂缝地表露头距离、隔离墙宽度、隔离墙嵌入深度；步骤2.2，在步骤2.1建立的包含不同结构参数隔离墙的数值分析模型上模拟地裂缝差异沉降运动，获取在地裂缝差异沉降运动下设置有隔离墙的原始场地的地表差异沉降曲线，与步骤1.5比较进而获得不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律；步骤2.3，根据步骤2.2中不同隔离墙结构参数对地裂缝差异沉降运动的影响规律确定隔离墙的结构参数。2.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，步骤2.1中：所述隔离墙与上下盘各土层之间界面材料的强度参数根据隔离墙的厚度t
v
和强度折减系数r确定。3.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，步骤1.5和2.2中，所述模拟地裂缝差异沉降运动通过设置不同的地裂缝垂直位错量s
z
实现。4.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，步骤2.1中，所述建立具有不同结构参数隔离墙的地裂缝场地数值分析模型是指在数值分析模型中的地裂缝与土层之间、隔离墙与土层之间建立界面单元，在数值分析模型的侧向边界设置水平约束、底部边界设置竖向约束。5.根据权利要求3所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，垂直位错量s
z
为10、20、30、40或50cm。6.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，所述地裂缝的倾角为60
°
到80
°
。7.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，所述地裂缝的地下延伸深度为50m。8.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，还包括以下步骤：步骤3.1，模拟具有步骤2.3所确定的结构参数的隔离墙在地裂缝差异沉降运动作用下的受力特征，获得隔离墙的内力和弯矩，进而计算得出隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小和水平位移大小；步骤3.2，对隔离墙的变形状态及稳定性进行评价：
将隔离墙在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小与规范中支护结构的设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移进行对比，判断是否超过设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移；对于超过设计抗剪强度、弯矩和容许最大位移的，进行隔离墙结构参数的补强设计，对于安全富余度较高的，对原隔离墙参数进行优化设计。9.根据权利要求8所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，步骤3.1采用下述方法计算得出隔离墙的在地裂缝差异沉降运动下所受的水平应力大小及其所产生的水平位移大小：通过文克尔地基模型所研究的挠度曲线微分方程推导出相应的水平抗力公式，采用m法，计算得到支护结构各截面的水平位移x：p
x
＝k
h
xb0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)k
h
＝mz
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)上式中，由于采用的是m法，故n＝1，m作为土的水平抗力系数的比例系数，该数值可按《建筑桩基技术规范》jgj94-2008附录c.0.2.确定、z为桩体埋深长度、k
h
为土的水平抗力系数、p
x
为土体作用在桩上的水平抗力、e为桩的弹性模量、i为桩的惯性矩、b0为桩的计算宽度、x为桩的水平位移、dx为水平位移微元、dz为桩体埋深微元。10.根据权利要求1所述的基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，其特征是，步骤3.2中，隔离墙结构参数的补强设计措施包括：加强支护参数和预加固技术。

技术总结

本发明涉及一种地裂缝防灾减灾技术方法，尤其涉及一种基于隔离墙的主动引导型地裂缝减灾方法，通过分析不同隔离墙设计方案等因素对场地土层变形特征和力学响应的影响，探明不同影响因素下地裂缝场地土层差异沉降变形区范围，在地裂缝场地上盘设置隔离墙，用以主动引导、转移地裂缝活动破裂方向，协调因地裂缝活动产生的差异沉降变形，扩大地裂缝场地建设范围。建立了一种基于隔离墙的“主动引导型”地裂缝减灾新方法，使地裂缝灾害得到了主动的防控防治，一改以往“避让型”减灾方法和“被动型”减灾方法的缺陷，真正实现了减小地裂缝差异变形并能引导、转移地裂缝发展方向的目的，方便快捷，且原理简单有效。且原理简单有效。且原理简单有效。