一种基于地基沉降的防渗屏障材料预留沉降量计算方法

摘要

一种基于地基沉降的防渗屏障材料预留沉降量计算方法，计算得出工程所选场址地基的最终沉降量s

说明书

技术领域

本发明涉及防渗屏障技术领域，尤其涉及一种基于地基沉降引起的防渗屏障材料预留沉降量的计算方法。 

背景技术

随着工业化和城市化进程的加快，我国的经济得到了迅速的发展，人民生活也得到了极大改善。在我国综合实力逐渐变强的同时，随之而来的环境问题却越来越突出，逐渐制约着我国经济的发展、危害人民的身体健康。因此，如何防止有毒有害物质进入自然系统、污染周边环境，已越来越受到国家政府部门的重视，成为研究的热点。 

防渗屏障技术是一种通过铺设防渗材料来分隔污染物和周边环境的技术，由于具有环保安全、投资小、易施工等特点，这几年已在废物填埋场、矿物堆浸场、有害溶液池体等类似工程上得到广泛使用。对于此类工程来说，污染物一旦进入周边土壤、水体，将对环境和人民生命安全造成极大危害，造成重大经济损失。因此，防渗屏障系统的选择和铺设是整个工程的核心所在。 

废物填埋场、矿物堆浸场、有害溶液池体等工程在运行过程，随着进场对象的逐渐增多，场底地基易产生沉降，所以实际铺设场底防渗屏障系统时，一般都要预留一定的余量。如果预留的余量不够，防渗屏障系统很容易被撕裂，造成场内污染物外泄；而过多的预留，又会增大工程投资，既不经济也不环保。目前，国内外对于防渗屏障系统的铺设预留量都没有一个统一的明确、科学的计算方法，大部分都是根据实际工程经验进行估算，具有很大盲目性，存在安全隐患。 

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的基于地基沉降的防渗屏障材料预留沉降量计算方法，解决上述问题。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种基于地基沉降的防渗屏障材料预留沉降量计算方法，包括步骤如下： 

第一步，计算得出工程所选场址地基的最终沉降量s_x， 

$s_x=\frac{{\gamma }_s{s}^i}{1000}=\frac{{\gamma }_s}{1000}{\Sigma }_{i=1}^n\frac{p_o}{E_{\mathrm{si}}}(z_i{\bar{a}}_i-z_{i-1}{\bar{a}}_{i-1})$(公式6) 

其中： 

s′为按分层总和法计算出的地基变形量，单位mm； 

为沉降计算经验系数； 

γ_s

I为场地地基土层数； 

P_o为基础底面处平均附加压力，单位kPa； 

E_si为基础底面下第i层土的压缩模量，单位MPa； 

z_i、z_i-1为基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，单位m； 为基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数； 

第二步，利用第一步中获得的数据，计算沉降节点x、x+1之间的不均匀沉降量Δs_x、x+1， 

(公式5) 

Δs_x、x+1＝|s_x+1-s_x| 

第三步，利用第二步中获得的数据，计算沉降节点x、x+1之间的防渗屏障系统沉降后的长度L_x， 

$L_x=\sqrt{{L_x^{\prime }}^2+{{\mathrm{\Delta s}}_{x,x+1}}^2}$(公式4) 

其中，L′_x为沉降节点x、x+1之间的防渗屏障系统沉降前的长度，单位m； 

第四步，利用第三步中获得的数据，计算沉降节点x、x+1之间防渗屏障系统变形量ΔL_x，m 

ΔL_x＝L_x-L′_x                                      (公式3)； 

第五步，利用第四步中获得的数据，计算沉降后的防渗屏障系统长度或宽度L， 

$L=\mu {\Sigma }_{\gamma =n}^n{L}_x$(公式2) 

其中，μ为防渗屏障系统沉降安全系数； 

第六步，利用第五步中获得的数据，计算防渗屏障系统预留沉降量ΔL，mΔL＝L-L′            (公式1) 

其中，L′为所选场址场底的长度或宽度，单位m。 

第一步中，参照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)中地基变形计算得出工程所选场址地基最终沉降量s_x。 

当有地区经验时，γ_s根据地区沉降观测资料及经验确定；当无地区经验时，γ_s采用下表中的数值： 

其中：f_ak为地基承载力特征值； 

为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，采用公式7计算， 

$E_s=\frac{\Sigma A_i}{\Sigma \frac{A_i}{I_{\mathrm{si}}}}$(公式7) 

式中：A_i为第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。 

场地地基土层数I以地勘资料为准。 

E_si应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算。 

防渗屏障系统沉降安全系数μ的取值范围为1.05～1.15。 

为克服现有防渗屏障系统铺设预留量估算的弊端，填补国内外这块技术的空白，本发明提供了一种根据工程所选场址地基沉降变形量预测出防渗屏障系统需预留沉降量的计算模型。通过本计算模型，可以在满足工程防渗要求、保证防渗屏障系统安全的前提下，尽量减少防渗屏障材料的铺设预留量，达到既经济又环保的目的，对废物填埋场、矿物堆浸场、有害溶液池体等类似工程防渗屏障系统的铺设具有较大的应用范围。 

与现有技术相比，本发明的优点在于： 

1.本发明可以准确的计算出，废物填埋场、矿物堆浸场、有害溶液池体等类似工程所选场址的场底防渗屏障系统的预留沉降量，防止防渗屏障系统被撕裂、污染物外渗，保证了工程的安全，达到环保目的； 

2.本发明可以防止防渗屏障系统预留沉降量过多，减少不必要的工程投资；提供施工指导，规避不必要的风险。 

附图说明

图1为地基沉降变化图； 

图2为沉降计算经验系数γ_s的计算表。 

其中， 

f_ak为地基承载力特征值； 

为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，采用公式7计算， 

$E_s=\frac{\Sigma A_i}{\Sigma \frac{A_i}{I_{\mathrm{si}}}}$(公式7) 

式中：A_i为第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。 

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

如图1和图2所示的一种基于地基沉降的防渗屏障材料预留沉降量计算方法，为了便于说明，本发明结合图1和图2(地基沉降变化图)进行描述，最终防渗屏障系统铺设预留量的计算模型见公式1～6。 

ΔL-L-L′                               (公式1) 

$L-\mu {\Sigma }_{x=0}^n{L}_x$(公式2) 

ΔL_x＝L_x-L′_x                (公式3) 

$L_x=\sqrt{{L_x^{\prime }}^2{{\mathrm{\Delta s}}_{x,x+1}}^2}$(公式4) 

                             (公式5) 

Δs_x、x+1＝|s_x+1-s_x| 

$s_x=\frac{{\gamma }_s{s}^i}{1000}=\frac{{\gamma }_s}{1000}{\Sigma }_{i=1}^n\frac{p_o}{E_{\mathrm{st}}}(z_i{\bar{a}}_i-z_{i-1}{\bar{a}}_{i-1})$(公式6) 

式中： 

ΔL——防渗屏障系统预留沉降量，m； 

L——沉降后的防渗屏障系统长度或宽度，m； 

L′——所选场址场底的长度或宽度，m； 

μ——防渗屏障系统沉降安全系数，建议取值范围为1.05～1.15； 

ΔL_x——沉降节点x、x+1之间防渗屏障系统变形量，m； 

Δs_x，x+1——沉降节点x、x+1之间的不均匀沉降量，m； 

s_x——沉降节点x的最终变形量，m； 

s′——按分层总和法计算出的地基变形量，mm； 

γ_s——沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无地区经验时可采用图2中的数值； 

i——场地地基土层数(以地勘资料为准)； 

p_o——基础底面处平均附加压力，kPa； 

E_si——基础底面下第i层土的压缩模量，MPa，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算； 

z_i、z_i-1——基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离，m； 

——基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。 

L_x、L′_x如图1中所示。 

图2：沉降计算经验系数γ_s

注：f_ak——地基承载力特征值； 

为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，采用公式7计算。 

$E_s=\frac{\Sigma A_i}{\Sigma \frac{A_i}{I_{\mathrm{si}}}}$(公式7) 

式中：A_i——第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。 

通过本计算模型，可以在满足工程防渗要求、保证防渗屏障系统安全的前提下，尽量减少防渗屏障材料的铺设预留量，达到既经济又环保的目的，对废物填埋场、矿物堆浸场、有害溶液池体等类似工程防渗屏障系统的铺设具有较大的应用范围。 

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。