交通荷载作用下浅埋老长壁采空区路基沉降的组分法动态叠加计算模型研究

《Scientific Reports》：A model for calculating subgrade settlement over shallow old longwall goafs

　　

摘要

本研究针对交通荷载作用下浅埋老长壁采空区路基沉降的计算问题展开研究。基于附加应力场的空间分布特征，首先将总沉降解耦为四个组成部分：交通荷载直接引起的路基沉降和基底沉降，以及老采空区特有的残余沉降和再活化沉降。随后，在"组分法计算与动态叠加"框架下，通过整合概率积分法、弹性理论及分层总和法，建立了计算总路基沉降的综合模型。结果表明，浅埋老长壁采空区上方的总路基沉降由四个部分组成：路基沉降、基底沉降、采空区残余沉降和采空区再活化沉降；忽略交通荷载引起的路基沉降、基底沉降和采空区再活化沉降将显著低估总沉降量。所提出的模型能够根据不同的荷载水平和结构稳定性状态动态组合相关沉降组分，定量刻画从"结构稳定"状态到"逐步再活化"状态的整个沉降响应过程。该模型克服了传统方法的局限性，传统方法通常将老采空区进行均质化处理并忽略了上述交通荷载引起的沉降，显著提高了计算的合理性和系统性，为评价和预测公路下方废弃采空区的路基沉降提供了一种新方法。