(地下建筑结构)第四章(地下结构荷载计算)共35页
同济大学地下建筑结构习题集
同济大学土木工程学院COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING
地下建筑结构
教学大纲授课教案多媒体教学课件授课录像习题集课程试卷课程内容及组织实践教学教学研究申报附件
习题集
习题集
第一篇总论
第一章绪论
思考题
1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。
1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？
1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？
1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？
1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。
第二章地下建筑结构的荷载
思考题
2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。
2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？
2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？
2.4 静止土压力是如何确定的？
2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？
2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？
2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？
2.8 如何计算分层土的土压力？
2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？
2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情
况如何？
2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？
2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？
2.14 什么是“脱离区”？
2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？
2.16 简述温克尔假定。
2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。
《地下建筑结构》第二版(朱合华)中文课件
地下建筑结构
地下建筑结构荷载
同济大学土木工程学院地下建筑与工程系 隧道及地下工程研究所
本讲内容
• 荷载种类和组合 • 荷载确定方法 • 岩土体压力的计算方法 • 初始地应力、释放荷载与开挖效应 • 弹性抗力 • 其他荷载
2.1 荷载种类和组合
2.1.1 荷载种类
按存在状态分为：静荷载、动荷载和活荷载等 静荷载：又称恒载。是指长期作 用在结构上且大小、方向和作用 点不变的荷载，如结构自重、岩 土体压力、弹性抗力和地下水压 力等 ；
荷载分类 永久作用
可变作用 偶然作用
荷载名称
结构自重 结构附加恒载
围岩压力 土压力
混凝土收缩和徐变的影响 列车活载
活载所产生的土压力 公路车辆荷载 冲击力
渡槽水流压力（设计渡槽明洞时） 制动力
温度变化的影响 灌浆压力 冻胀力
施工荷载（施工阶段的某些外力） 落石冲击力 地震力
荷载分类
恒载 活载
主要荷载
k0 sin
(2 3)
粘土ko=0.5~0.7；砂土ko=0.34~0.45。 砂土、粉土1.0；粘性土、淤泥质土0.95
2、库伦土压力理论 库伦理论的基本假定：
库伦理论由法国科学家库伦（Coulomb, C.A.）于 1773年发表，主要针对挡土墙计算，基本假定为： ①挡土墙墙后土体为均质各向同性的无粘性土； ②挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题； ③挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力时，土体
地下建筑结构(4)
[解] ：取基本结构如图3-29b，因结构对称，荷载对称，故 x3=0，可写出典型方程为：
2）截面选择
计算超静定结构内力时需要知道截面尺 寸，这在设计前是不知道的。所以只有 根据经验假定各个截面的尺寸，进行内 力计算，然后验算截面是否合适。若不 合格，重复上述过程，直至所设截面合 适为止
简化本节将弹性地基上的反力作为荷载作用在闭合框架底部按照一般平面框架计算1计算简图视为平面应变问题图47计算简图及简化框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多中隔墙的刚度相对较小将中隔墙一般视为只承图48纵梁和柱计算简图浅埋地下建筑中的闭合框架如地铁通道过江隧道人防通道等通常多平面变形问题计算时沿纵向取一单位宽作为计算单元对地基也截取相同的单位宽并把它看作一个弹性半无限平面
2
——折减系数，依土体透水性而定；对于砂土
对于粘土
1
0.7
图5－5荷载示意图
4.3.2内力计算
可将地基视作弹性半无限平面，作为弹 性地基上的框架进行分析。 简化，本节将弹性地基上的反力作为荷 载作用在闭合框架底部，按照一般平面 框架计算 。
1）计算简图视为平面应变问题，
图4－7 计算简图及简化
顶板荷载：
(1). 上部覆土重力 i qw whw (2). 水压力： (3). 顶板自重： qg d (4). 特载 qut 顶板总荷载为三者与特载之和：
第四章 地下建筑结构的计算方法
Proof
2.0 J Q = 3J r
1 2 n
1 − 3
2.用于经验类比设计 2.用于经验类比设计 指标值结合开挖支护比（ESR） Q指标值结合开挖支护比（ESR）进行经验类比设计
15
§4 地层结构法 4
有限元法： 有限元法： 适用性强（各种地层、洞室，非线性， 适用性强（各种地层、洞室，非线性，施 工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。 ）；缺点 工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。输 入参数不正确，则给出错误结果。 入参数不正确，则给出错误结果。
16
§5 收敛限制法 5
Q系统分级与分级系数的关系
RQD J r J w Q= ⋅ ⋅ J n J a SRF
岩体质量分级
岩体 质量 特别 好
极好
良好
好
中等
不良
坏
极坏
特别坏
Q值
1000 ～400
400～ 100
100～ 40
40～ 10
10～ 4
4～1
1～ 0.1
0.1～ 0.01
0.01～ 0.001
Q系统分级的应用
18
§5 收敛限制法 5
收敛线概念： 收敛线概念： 据地层及洞室情况可有弹性、塑性、 据地层及洞室情况可有弹性、塑性、松动等三 段。 限制线概念： 限制线概念：
地下建筑结构(中国地质大学孙金山)4-4
抗滑明洞
支撑锚杆明洞
墙式棚洞 基础与填土
柱式棚洞 基础与填土
刚架式棚洞 基础与填土
第5章
洞门 明洞
隧道结构构造
洞身衬砌
斜井与竖井 内装、顶棚与路面 隧道的防水与排水
5.4 竖井与斜井
为什么设臵竖井或斜井？ 作用1：增加开挖工作面 作用2：通风需要
5.4 竖井与斜井
(1)墙式棚洞
(2)刚架式栅洞
外墙结构为连续框架，对地基承载力要求较高
(3)柱式棚洞
外墙为独立柱和纵梁方式，结构简单，预制吊 装方便，但整体性较差。
(4)悬臂式棚洞
当山坡较陡，坡面有少量落石，且外侧 地基不良或不宜设基础时，可采用悬臂式棚洞
5.3.3 明洞基础
明洞边墙基础必须臵于稳固的地基上，施工应 符合下列要求： （1）偏压和单压明洞外边墙的基底，在垂直 路线方向宜向内挖成0.1:1的斜坡，提高边墙抗 滑力。 （2）当地基松软时应采取增加承载力的措施。
5.1 洞身衬砌
（1）洞身衬砌的类型
（2）支护结构
5.1.1 衬砌结构的类型
衬砌结构形式，主要根据地质地形条 件，考虑结构受力的合理性、施工方法 等因素来确定。
5.1.1 衬砌结构的类型
(1) 直墙衬砌 (5) 偏压衬砌
(2) 曲墙式衬砌
(3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌
地下建筑结构知识点总结
地下建筑结构知识点总结
上课补充知识点：
名词解释：
共同沟（地下综合管廊、地下综合体）：在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信、燃气、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。
地下建筑：分为两类，一类是修建在土层中的地下建筑结构；另一类是修建在岩层中的地下建筑结构。地下建筑通常包括在地下开挖的各种隧道与洞室。
地下建筑结构：埋置于地层内部的结构。
流变包括：蠕变、松弛、弹性后效
填空题：
隧道按间距分为：1.分离式隧道2.小净距隧道3.连拱隧道4.大跨隧道
浅埋暗挖法十八字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、紧封闭、勤测量
简答题：
什么是明挖法？（了解）
明挖法是指一种先将地面挖开，在露天情况下修筑衬砌，然后再覆盖回填的地下工程施工方法
什么是暗挖法？（了解）
暗挖法是即不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工
什么是盖挖法？（了解）
当地下工程施做时需要穿越公路、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法，是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。
什么是盖挖顺做法？（可能考）
挖到底再做主体结构（结合盖挖法的含义自己编）
什么是盖挖逆作法？（可能考）
边挖边做主体结构（结合盖挖法的含义自己编）
第一章：绪论
衬砌的定义：沿洞室周边修建的永久性支护结构
衬砌的作用：衬砌结构主要起承重和维护作用。承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其他荷载的作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。
衬砌分类及适用条件：
地下建筑结构断面形式：圆形、矩形、马蹄形、直墙拱形、曲墙拱形、多边形、扁圆形
《地下建筑结构》课程教学大纲要点
《地下建筑结构》课程教学大纲
课程编号：031190 学分：3 总学时：51
大纲执笔人：张子新大纲审核人：丁文其
一、课程性质与目的
《地下建筑结构》是土木工程专业限定选修课，是从事地下建筑工程设计与施工的专业课程。
通过本课程的学习，使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。
二、课程基本要求
通过学习，学生在掌握地下建筑结构理论和应用知识方面应该达到如下要求：（其中基础理论部分为必须达到；工程应用部分因工程类型繁多，可根据实际需要按课内学时分配表选用。
1、了解地下建筑结构的概念和作用，熟悉土层和岩石中地
下结构的常见结构形式和结构设计的一般程序与内容；
2、了解土层和岩石地下衬砌结构的荷载，了解结构弹性抗
力的概念和计算理论，掌握常见荷载的计算方法和弹性抗力的局部变形理论计算方法。
3、了解地道式结构适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的
设计计算内容和方法；
4、了解地层与地下结构共同作用的概念、分析原则和工程
应用。
1、了解各种隧道结构的适用环境和构造，掌握拱形衬砌结
构的设计计算内容和方法。
2、了解浅埋式地道结构的形式、构造特点。掌握矩形框架
结构的分析与设计方法。
3、了解附建式地下结构（地下室）的结构选型和设计计算
内容，掌握常见地下室结构的设计计算方法。
4、了解盾构隧道和顶管隧道的功能和适用环境，了解顶管
结构的设计计算内容和方法，掌握盾构隧道结构的设计
计算方法和构造要求。
5、了解沉井、沉管结构的类型和特点，了解沉管结构的设
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第一篇总论
第一章绪论
思考题
1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。
1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？
1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？
1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？
1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。
第二章地下建筑结构的荷载
思考题
2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。
2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？
2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？
2.4 静止土压力是如何确定的？
2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？
2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？
2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？
2.8 如何计算分层土的土压力？
2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？
2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情
况如何？
2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？
2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？
2.14 什么是“脱离区”？
2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？
2.16 简述温克尔假定。
2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。
地下建筑结构课程设计
1. 设计荷载计算
1.1结构尺寸及地层示意图
人工填土丫=18kN/m 3褐黄色粘土丫一
19.1kN/m 3
灰色砂质粉土 Y=18.7kN/m 3
图1-1结构尺寸及地层示意图
如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：
h =1355+130x 30=5255mm 。
灰
按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。 1.2隧道外围荷载标准值计算 (1) 自重
g =y6=25x 0.=58k N75m /
h
(2) 竖向土压
h=1.5+1.0+3.5+5.255=11.255m>D=6.2m,属深埋隧道。由于范围内图层抗剪强度较差，因此不用太沙基公式计算。
q =£Y h=18x 0.5+8x 1.0+9.1x 1.0+8.7x 3.5+5.255x 8=98.59k N /m 2
1ii
i =1
地面超载：
q =20kN /m 2
2
近似均布拱背土压力：
0.43x 3.12x 7.6x 1
2x 3.1
B1'A
b
一
J/350
灰色淤泥质粉质粘土
y=18kN/m 3c=12.2kPa
屮二8.9
灰色淤泥质粘土丫
二
17.1kN/m 3
c=12.kP a 屮二7.2
■二
-
□_
8
50
5
0.43R 2rb =5.07kN /m 2
q=20kN/m 2
q=20+5.07+98.59=123.66kN/m (3)拱背土压 R=55+62x 1=2.925m …曲X+⑺X 九=7.6KN /m 3H 22 1.645+1.28 兀兀
G 二2(1-)R 2-Y 二2x (1-)x 2.9252x 7.6二27.908kN /m4H 4 ,G27.908
第四章 隧道衬砌荷载计算
第四章隧道衬砌荷载计算
4.1围岩压力
4.1.1围岩压力的概念
地下硐室不同于地面建筑，位于岩体介质中，因此应当把围岩视为支护结构的共同承载部分，也就是说，应由支护结构（无论是临时的或永久的）和围岩共同组成静力承载体系。围岩的静力作用是十分重要的，如果没有这种作用，硐室的施工将是十分困难或者是不可能的。实际上在岩体中开挖硐室，出现围岩二次应力，同时硐室相应的产生变形和位移。不同的地质条件和工程条件下，硐室围可能出现两种情况：①硐室的变形属于弹性变形，在无支护情况下仍然能够维持稳定；
②硐室的变形属于非弹性变形，由于围岩继续变形导致其破坏，甚至出现大量的塌落，这时就需要支护结构来约束围岩变形的继续扩展，因而支护结构受到围岩变形时产生的压力。围岩二次应力全部作用称为围岩压力。围岩二次应力的作用在无支护硐室中出现在硐室周围的部分区域内；在有支护结构（临时的或永久性支护）的硐室中表现为围岩和支护结构的相互作用。目前一般工程认为的围岩压力是指由二次应力使围岩产生变形或破坏所引起的作用在衬砌上的压力，这种概念实际上是属于狭义的围岩压力。
4.1.2围岩压力的形成
关于围岩压力的形成机理以及随时间发生、发展的过程可用奥地利腊布塞维奇教授的剪切滑移破坏理论来说明。若围岩没有受到其他硐室的影响，且开挖爆破过程中没有受到破坏，则硐室周围的围岩压力随着时间的发展可以分为三个阶段，只讨论在岩体内最大压应力为垂直方向的情况。
在第一阶段，由于岩体的变形，在硐室的周围边界上产生一般的挤压。同时，在两侧岩石内形成楔形岩块，在两个楔形岩块有向硐室内部滑移的趋势，从而侧向产生压力，这种楔形岩块是由于两侧岩石剪切破坏而形成的。
地下建筑结构
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。
习题集课程试卷_地下建筑结构
2.11简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？
2.13简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？
2.14什么是“脱离区”？
2.15什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？
5.2地下结构系统可靠度评价的常规方法有哪些。
5.3可靠度分析对地下施工技术、方案设计有何影响。
第二篇 土层地下建筑结构
第六章浅埋式结构
思考题
6.1一般浅埋地下结构的形式有那些？
6.2浅埋式结构的适用场合。
6.3浅埋式结构的地层荷载如何考虑。
6.4引道结构的形式有那些？其稳定性如何得到保证？
6.5矩形框架结构法的计算原理,计算时如何简化。
2.16简述温克尔假定。
2.17简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。
习题
2.1用朗肯土压力公式计算图示挡土墙上主动土压力分布及其合力。已知填土为砂土，填土面作用均不荷载q＝20kPa。(土的物理指标见下图）
2.2用水土分算法计算图示挡土墙上主动土压力分布及水压力分布图及其合力。已知填土为砂土。(土的物理指标见下图）
13.1保证顶管工程的成功实施，需要解决好那些关键问题？
地下建筑结构 考点 答案
第一章绪论
1.地下建筑是修建在地层中的建筑物，它可以分为两大类：一类是修建在土层中的地下建筑结构；另一类是修建在岩层中的地下建筑结构。
2.衬砌的作用：衬砌结构主要是起承重和围护两方面的作用。承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其他荷载的作用；围护，即防止岩士体风化、坍塌、防水、防潮等。
3.地下建筑与地面建筑结构相比，在计算理论和施工方法两方面都有许多不同之处。其中，最主要的是地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。这是因为地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。所以，在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。这一点乃是地下建筑结构在计算理论上与地面建筑结构最主要的差别。（重要）
4.地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。要注意施工方法对地下结构的形式会起重要影响。
5.施工方案是决定地下结构形式的重要因素之一，在使用和地质条件相同情况下，由于施工方法不同而采取不同的结构形式。（判断）
6.拱形结构优点：
(1）地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受竖向荷载。因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好（例如在竖向荷载作用下弯矩小）。
(2）拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，--般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。
(3）拱主要是承压结构。因此，适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。这些材料造价低，耐久性良好，易维护。
地下建筑结构复习
地下建筑结构复习
第一章绪论
1.1简述地下建筑结构的概念及形式:地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。包括衬砌结构和内部结构两部分。要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。根据地质情况差异可分为土层和岩层内的两种形式。土层地下建筑结构分为①浅埋式结构②附建式结构③沉井（沉箱）结构④地下连续墙结构⑤盾构结构⑥沉管结构⑦其他如顶管和箱涵结构。岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形，还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。
1.2简述地下建筑结构设计程序及内容:设计工作一般分为初步设计和技术设计两个阶段; 初步设计主要内容:①工程等级和要求,以及静、动荷载标准的确定②确定埋置深度和施工方法③初步设计荷载值④选择建筑材料⑤选定结构形式和布置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。技术细节主要内容:①计算荷载②计算简图③内力分析④内力组合⑤配筋设计⑥绘制结构施工详图⑦材料、工程数量和工程财务预算
1.3地下建筑结构的优缺点有哪些:优点①被限定的视觉影响②地表面开放空间③有效的土地利用④有效的往来和输送方式⑤环境和利益⑥能源利用的节省和气候控制⑥地下的季节湿度的差异⑧自然灾害的保护⑨市民防卫⑩安全⑪噪声和震动的隔离⑫维修管理缺点① 获得眺望和自然采光机会有限②进入和往来的限制③能源上的限制
1.4地下建筑结构的工程特点:①建筑结构替代了原来的地层（承载作用）②地层荷载随施工过程是发生变化的③地质条件影响地层荷载④地下水准结构设计影响大④设计考虑施工、使用的整个阶段⑤地层与结构共同的承载体系⑥地层的成拱效应
地下结构的荷载结构计算方法
地下结构的荷载结构计算方法
地下结构的荷载结构计算方法是指根据地下结构所受的荷载作用，通
过一系列的计算方法来确定结构的设计参数和安全性能。地下结构通常指
地下室、地下车库、地下通道等建筑结构。由于地下结构的特殊性，荷载
计算需要考虑地下水压力、土压力以及其他附加荷载等因素。
一、地水压力的计算方法
地下结构受到地下水的压力是一个重要的荷载作用，需要通过计算来
获取。常用的计算方法有：
1.地下水位线法：根据地下水位的高度，确定地下水所产生的压力。
一般情况下，通过核查现场地下水位线的高度，按照压力计算公式来计算
地下水的荷载。
2.土压力系数法：通过计算地下水位下方土体的有效应力和压力系数，定量计算地下水的压力。根据土层特性、施工方法、结构形式等情况，选
择合适的土压力系数进行计算。
二、土压力的计算方法
土压力是地下结构所受到的另一个主要荷载，主要由土层的自重和水
平方向的土力产生。常用的计算方法有：
1.应力分析法：根据地下结构的几何形状、土壤的物理力学性质、施
工状态和地下水位等因素，采用弹性力学或塑性力学的方法来确定土的应
力分布。利用应力分布来计算土压力。
2.摩尔库伦方向法：根据地下结构周围土体的应力状态，利用土体内
摩尔库伦弯矩的平衡关系，计算土压力的大小和分布。
三、其他附加荷载的计算方法
地下结构还需要考虑一些其他附加荷载，例如地震荷载、温度荷载、
车辆荷载等。
1.地震荷载：根据地震活动区的设计地震动参数，采用地震设计规范
中的计算方法，确定地下结构所受到的地震荷载。
2.温度荷载：根据地下结构的材料特性和施工方式，估计地下结构受
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着密切关系。
滑
动
滑
面
动
以挡土墙为例，作用在挡土墙
面
墙背上的土压力可以分为静止土压
(百度文库)
(b)
图2.2 土体极限平衡状态
（a）主动土压力；（b) 被动土压力
力、主动土压力（往往简称土压力）
和被动土压力（往往简称土抗力）
三种，其中主动土压力值最小，被
动土压力值最大，而静止土压力值
介于两者之间。
附加荷载
附加荷载 特殊荷载
4.2 荷载的确定方法
4.2.1 确定依据
(1) 依据规范：
当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条 例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵 守各有关规范 。 (2) 设计标准
1）根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定。 2）地下建筑结构材料的选用 3）地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可 按结构力学计算。考虑抗爆动载时，允许考虑由塑性变形引 起的内力重分布。
钢筋混凝土结构在爆炸动载作用下只需进行强度计算，不 作裂缝验算。
4）安全系数 结构在静载作用下的安全系数可参照有关规范确定。 对于地下建筑结构，如施工条件差，不易保证质量和荷载
变异大时，对混凝土和钢筋砼结构需考虑用附加安全系数1.1。 静载下的抗裂安全系数不小于1.25，视工程重要性，可予
提高。 结构在爆炸荷载作用下，由于爆炸时间较短，而荷载很大，
为使结构设计经济和配筋合理，其安全系数可以适当降低。 5）材料强度指标
一般采用工业与民用建筑规范中的规定值，亦可根据实际 情况，参照水利、交通、人防和国防等专门规范。
结构在动载作用下，材料强度可以提高；提高系数见有关 规定。
4.3 岩土体压力的计算方法
土压力是土与挡土结构之间相
互作用的结果，它与结构的变位有
荷载分类 永久作用
可变作用 偶然作用
荷载名称
结构自重 结构附加恒载
围岩压力 土压力
混凝土收缩和徐变的影响 列车活载
活载所产生的土压力 公路车辆荷载 冲击力
渡槽水流压力（设计渡槽明洞时） 制动力
温度变化的影响 灌浆压力 冻胀力
施工荷载（施工阶段的某些外力） 落石冲击力 地震力
荷载分类
恒载 活载
主要荷载
（一）静载； （二）静载+活载； （三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹 动载）
4.1.2 荷载组合
✓ 指将可能同时出现在地下结构上的荷载进行编组， 取其最不利组合作为设计荷载，以最危险截面中 最大内力值作为设计依据。
✓ 我国公路和铁路隧道设计规范中给出的永久、可 变及偶然荷载（在铁路隧道设计规范中采用概率 极限状态设计法时称为作用）参见表4-1和表4-2。
如吊车荷载、设备重量、地下储油库的油压力、车辆、 人员等荷重人群荷载等。其它可变荷载，即非经常作 用的变化荷载，如温度变化、施工荷载（施工机具， 盾构千斤顶推力，注浆压力）等。 （3）偶然（特殊）荷载
偶然发生的荷载，如地震力或战时发生的武器爆 炸冲击动荷载。
4.1.2 荷载组合
各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最 不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结 构各部件截面的内力，再进行最不利的内力组合， 得出各设计控制截面的最大内力。最不利的荷载组 合一般有以下几种情况：
其他荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中， 除有以上主要荷载的作用外，通常还有：混凝土材 料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）、 温度变化等受到约束而产生的内力。
地下结构所承受的荷载，按其作用特点及使用中 可能出现的情况分为以下三类，即永久（主要）荷载、 可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载: （1）永久（主要）荷载
即长期作用的恒载，主要包括：结构自重；回填 土重量；围岩压力；弹性抗力；静水压力（含浮力）； 混凝土收缩和徐变影响力、预加应力及设备自重等。 地层压力和结构自重是衬砌承受的主要静荷载，弹性 抗力是地下结构所特有的被动荷载。
（2）可变（附加）荷载 分为基本可变荷载和其它可变荷载两类。 基本可变荷载，即长期的、经常作用的变化荷载，
活荷载：
指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其 大小和作用位置都可能变化。
如地下建筑物内部的楼板地面荷载（人群物件和
设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。地面附近的堆 积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程 中的临时性荷载。 动荷载：
要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武 器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载， 这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计 时，应计算地震波作用下的动荷载作用 。
4.2 荷载的确定方法
3）截面计算原则 结构截面计算时，按总安全系数法进行，一般进行强度、
裂缝（抗裂度或裂缝宽度）和变形的验算等。混凝土和砖石结 构仅需进行强度计算，并在必要时验算结构的稳定性。
钢筋混凝土结构在施工和正常使用阶段的静荷载作用下， 除按强度计算外，一般应验算裂缝宽度，根据工程的重要性， 限制裂缝宽度小于0.10~0.20mm，但不允许出现通透裂缝。对较 重要的结构则不能开裂，即验算抗裂度。
立交渡槽流水压力 温度变化的影响力
冻胀力
11
偶
然
12
荷
13
载
落石冲击力 地震力
施工荷载
注：[1]设计隧道结构时，按其可能出现的最不利情况组合。
表4-2 铁隧道设计规范（TB10003-2019,J117-2019）的隧道作用（荷载）分类
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
表4-1 公路隧道设计规范（JTJ026-90）的隧道荷载
编号
荷载分类
荷载名称
1
永
2
久
荷
3
载
4
（恒载）
围岩压力 结构自重力 填土压力 混凝土收缩和徐变影响力
5
基本
6 7
可变 可 荷载 变
8
荷 载 其它
9
可变
10
荷载
公路车辆荷载、人群荷载 立交公路车辆荷载及其所产生的土压力 立交铁路列车活载及其所产生的土压力
本讲内容
• 荷载种类和组合 • 荷载确定方法 • 岩土体压力的计算方法 • 初始地应力、释放荷载与开挖效应 • 弹性抗力 • 其他荷载
4.1 荷载种类和组合
4.1.1 荷载种类
按存在状态分为：静荷载、动荷载和活荷载等 静荷载：又称恒载。是指长期作 用在结构上且大小、方向和作用 点不变的荷载，如结构自重、岩 土体压力、弹性抗力和地下水压 力等 ；