地下建筑结构.doc

1、屾山子游 1 绪论: 地下结构的定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构 物，统称为地下结构。 结构形式：断面形式：矩形、梯形、直角拱形、马蹄型、仰拱型、圆形。 影响因素：由受力条件来控制；结构型式也受使用要求的制约 支护形式：1.防护型支护：以封闭岩面，防止周围岩体质量的进一步恶化或失稳为目的。2. 构造型支护：支护 结构满足施工及构造要求，防止局部掉块或崩塌而逐步引起整体失稳。3.承载型支护：承载型支护应满足 围岩压力，使用荷载、结构荷载及其它荷载的要求，保证围岩与支护结构的稳定性。 发展的三个阶段：刚性结构阶段，弹性结构阶段，连续介质阶段 现

2、代支护理论的特征：(1) 对围岩和围岩压力的认识方面：传统支护理论认为围岩是荷载的来源，是支撑的对 象。现代支护理论则认为围岩具有自承能力。围岩也是支护材料，可以通过加固围岩而保证结构的稳定。 (2) 在围岩和支护间的相互关系上：传统支护理论把围岩和支护分开考围岩当作荷裁、支护作为承载结 构，现代支护理论则将围岩和支护作为一个统一体，二者相互作用，共同变形。(3)在支护功能和作用原 理上：传统支护结构只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时稳定和加固围岩。保证围岩的稳定性。 (4)在设计计算方法上：传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，而现代支护理论将围岩与支护作为共 同的承载结构。(5)在支护

3、形式和工艺上：以加固围岩为主要支护手段：如锚杆、锚索、喷射混凝土、注 浆等。 地下结构的计算特点：（1）必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响；（2）地下工程周围的地质体是 工程材料、承载结构，同时又是产生荷载 的来源；（3） 地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结 构体系的安全性；（4）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载， 又要考虑围岩的稳定性；（5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥困岩自承力；（6）地下 结构的开挖过程是卸载过程，而不是加载过程。 初步设计的内容：（1） 工程防护等级，三防要求与动载标准的确定；（2） 确定埋置深度与施工方法；

4、 （3 ） 草算荷载值；（4） 选择建筑材料；（5） 选定结构型式和布置；（ 6） 估算结构跨度、高度、顶 底板及边墙厚度等主要尺寸；（7） 绘制初步设计结构图；（8） 估算工程材料数量及财务概算。 第二章、地下工程结构物的工作环境 围岩初始应力场：成因：1.地壳板块运动中相邻板块之间的挤压产生的应力 2.地幔热对流引起的应力场 3.地 心引力形成的自重应力场 4.地球旋转形成的惯性力场 5.地下岩浆入侵和地壳非均匀扩容 6.地壳温度不均 引起的应力 7.水压力 8.地表风化剥蚀和其它物理化学变化引起的应力释放等 初始应力场的变化规律：（1）自重应力场： 由地心引力引起的应力场称为自重应力场（

5、2）构造应力场. 围岩工程性质：1.物理性质 2.水理性质 3.力学性质：强度性质、变形性质 力学性质：1.变形性质。2.强度性质：岩石强度是指岩石抵抗破坏的能力。 水理性质：1、风化性质：地表岩石在大气、温度、水和生物的联合影响下，使岩石的物理性质或化学成分发 生改变的地质作用。2、地下水的溶蚀性质。 影响围岩的稳定性的主要因素：（1）岩体的完整性（2）结构面性质（3）岩石的力学性质（4 ）围岩的初始 应力场（5）地下水状况（ 6）工程活动中的人为因素 围岩分级(也称围岩分类)：根据岩体完整性度和岩石强度等主要指标在给予定性和定量评价的基础上，按其稳 定性将围岩分为工程性质不同的若干级别。

6、屾山子游 2 第 3 章 、弹性地基梁理论 弹性地基梁： 是指搁置在具有一定弹性的地基上、各点与地基紧密相贴的梁。 pyk 温克尔假设：地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比 基本假设：1.地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；2. 地基反力处处与接触面相垂直；3.符合平截面假设。 基本微分方程的建立及其初参解、特征系数、克雷洛夫函数 跨中有荷载：荷载附加项 地基梁分为刚性梁、柔性梁（长梁）和弹性梁（短梁）三种。 短梁(又称有限长梁、弹性梁)： l 2.75 长梁： 275 刚性梁： 1 刚性梁可认为梁是绝对刚性的，即 EI，刚性梁的地基反力呈直线分布，其变位及内力 可由静力平衡条

7、件求得。 第四章、地下结构荷载衬砌设计技术要求 荷载的分类：主要荷载，附加荷载和特殊荷载。 主要荷载：长期及经常作用的荷载。主要包括：结构自重、回填土层重量、围岩压力、弹性抗力、地下水静水 压力和使用荷载。围岩压力是衬砌承受的主要静荷载弹性抗力是地下结构所特有的一种被动荷载。使用荷 载是在使用过程中，作用在衬砌上的荷载，如吊车荷载、设备至量、地下幢油库的油压力、车辆、人员等 荷重。 附加荷载：非经常作用的荷载。这类荷载包括灌浆压力、落石荷载、由温度变化或因混凝土收缩所产生的温差 应力与收缩应力和施工荷载。 特殊荷载：是指偶然可能发生的荷载，如地震力或战时发生的武器动荷载等。 围岩压力：是指位于

8、地下结构周围变了形或破坏了的岩层，作用在衬砌或支撑上的压力。 围岩压力可分为围岩垂直压力，围岩水平压力及围岩底部压力。 影响围岩压力的因素：岩体的结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸与形状、支护的类型和刚度、 施工方法、洞室的埋置深度和支护时间等因素。 确定围岩压力的方法可分为三种：1.实测；2. 理论计算 ；3.工程类比法 衬砌的截面尺寸，即衬砌的截面厚度，与洞室尺寸、荷载大小、衬砌材料、以及施工条件等困素有关。在确定 衬砌几何尺寸，即衬砌的轮廓尺寸时，除应满足使用要求外，拱圈的几何形状应具有良好的力学性能，形 状力求简单、便千施工。岩石地下建筑中，拱圈一般采用割圆，有时也采用三心圆或

9、其它形状；边墙则采 用直墙形式。为了便于使用标准拱架模板和设备，确定村砌方案时，类型要尽量少，且同一跨度的拱圈内 轮廓应相同。一般采取调整厚度和局部加筋等措施来适应不同的地质条件。 衬砌结构材料应具有足够的强度和耐久性，防水性能好，在某些地区，还要求具有抗性，抗浸蚀性。此外，还 要满足成本低，就地取材，易于机械化施工等条件。目前满上述要求的建筑材料种类较多，选用时，要根 据工程地质和水文地质条件、使用要求、砌结构型式、施工技术条伴以及旅 t 期限等因素综合加以考虑。 村砌材料通常采用水泥砂浆，钢筋混凝土、料石（粗料石）等耐久性材料。 第 5 章 、半衬砌及厚拱薄墙衬砌 课本 373-380 页

10、 厚拱薄墙衬砌是指拱脚直接放在岩层上与起维护作用的薄墙基本上互不联系的衬砌 。 （基本假设及计算简图 对称问题的力法方程及变位（单位变位、载变位） 拱脚固定系数 内力图） 第 6 章 、直墙拱形衬砌 课本 381-391 页 1、 构造要求；2 、计算简图； 3、拱圈弹性抗力；4、拱脚的固定系数； 内力图 6、计算步骤 屾山子游 3 第 7 章 、浅埋地下结构 课本 117-131 页 第 8 章 、深基坑工程 基坑支护：功能：一是挡土；二是止水 基坑支护分两类： 支护型将支护墙（排桩）作为主要受力构件；支护型基坑支护包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。在基 坑较浅时可不设支撑，成悬臂式结构；当基

11、坑较深或对周围地面变形严格限制时，应设水平或斜向支撑， 或锚定系统；形成空间力系是发展方向。 加固型充分利用加固土体的强度。 加固型包括水泥搅拌桩、高压旋喷桩、注浆和树根桩等。 支撑体系是用来支挡围护墙体，承受墙背侧土层及地面超载在围护墙上的侧压力。 支撑体系是由支撑、围檩、 立柱三部分组成。 支护结构上的压力：主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是支护结构存在位移；当支护结构没有位移时， 则土对支护结构的压力为静止土压力。 悬臂式支护结构的计算 根据朗肯 -库伦土压力理论分层计算主动土压力和被动土压力；确定计算简图；求出嵌 固深度 hd；求出最大弯矩截面位置及最大弯矩值；进行配筋设计或承载

12、力计算；计算支护结构顶端位移 土层锚杆是一种埋入土层深部的受拉杆件，它一端与构筑物相连，另一端锚固在土层中，形成锚拉结构。 土锚杆、水泥土墙的设计 第 9 章 、边坡稳定性分析及评价 瑞典条分法 ：瑞典法可将滑动岩土体分为若干条块，根据各岩土条块的剪切力和抗滑力，达到整个滑动岩体 的力矩平衡，求得安全系数。 Janbu 法对于松散均质的边坡，由于受基岩面的限制而产生两端为圆弧、中间为平面或折线的复合滑动，此 时分析复合破坏面的边坡稳定性可用 Janbu 法。 毕肖普法（Bishop）：是计算单一圆弧形破坏最为常用的方法。此种方法将滑体垂直分为 n 个条块，取其中 一块为 i。 边坡稳定性分析：首先选择特征断面，采用优化分析方法搜索，找出安全系数最小的危险滑动面，然后分别采 用 Janbu 法、毕肖普法、瑞典条分法进行分条计算，得到各计算分区的安全系数。 边坡稳定性安全系数 k 的一般表达式： dxyxGFK),(, 第 10 章 、巷道金属支架的计算 优点 形式 可缩性之架工作原理 存在问题 计算方法 课件 第 11 章、地下结构矩阵分析 课本 72、73 页 1、 基本原理；2 、局部（整体）坐标系中的单元刚度矩阵 ；3、单元刚度矩阵的性质 4、结构刚度方程及刚度 矩阵 ；5、非节点荷载的处理；6、计算步骤 屾山子游 4