《地下建筑结构设计》总复习2

第1章：绪论

1.地下建筑结构的定义；

2.隧道及其他地下工程面临的挑战：

（1）长大隧道的设计、施工技术；通风防灾技术；（2）特殊地质地层的设计和施工技术；（3）非连续岩体的大变形和破坏分析；（4）大型跨江海桥梁基础、其他深水基础设计和施工问题；（5）隧道的超前地质预报问题；（6）固、液、气的耦合问题；（7）真正适合岩体力学的理论和分析方法；（8）隧道及地下工程的精细化试验及数值模拟技术；（9）新概念、新材料在隧道及地下工程中的应用；（10）IT技术（数字化技术）在隧道及地下工程中的应用

3.城市地下工程面临的挑战：

（1）理论研究集中在地下结构和地层的相互作用上；集中在地层损失上及其损伤机理上；（2）岩土力学本构理论与地层适用性研究；（3）开发观测方法，自动报警系统的研究；（4）加固地层的各种类型注浆法、冻结法和地下水位降低法等；（5）开发能够主动控制掌子面功能的隧道掘进机；（6）复杂环境下的设计和施工技术；（7）隧道前方障碍物的探测与排除。

4.地下建筑与地面建筑结构的区别：

（1）计算理论、设计和施工方法

（2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

（3）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。

5.地下建筑与地面建筑结构计算理论上最主要差别：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。

6.地下建筑工程（亦简称地下工程）的分类方法及具体分类

按使用功能分类；

按周围围岩介质分类；

按断面形状分类；

按埋置深度分类；

按施工材料和断面构造型式分类；

按重要程度、防护等级、抗震等级等分类；

7.设计流程和内容。

第二章：地下建筑结构设计方法

1.常用的地下建筑结构设计方法：

1)力学分析法

2)工程类比法

3)新奥法思想与信息化设计法

4)解析计算设计方法

5)不连续面分析方法（把存在于裂隙岩体中的块体分为以下五种可能

的类型）

6)有限单元方法

2.围岩、围岩压力的概念，围岩压力的确定。

3.Terzaghi岩体荷载计算方法

作用在隧道顶部支护体上的岩体荷载高度H R(m)与隧道宽度B（m）和高Ht（m）及在埋深超过1.5（B+Ht）之间的关系。

4.岩体力学等级及其经验设计方法；

5.工程岩体分类；

6.简单介绍常用的地下建筑结构设计方法中的解析法和有限单元方法、不连

续断面分析方法、NATM法及其适用性和特点等。

7.有限单元方法的分类、计算范围的确定、单元类型的选择。

8.地下建筑结构设计计算理论：土压力计算理论和岩石力学计算理论。

9.土压力的分类、计算，郎肯土压力理论、库伦土压力理论；

10.岩石力学计算理论：

1）围岩压力及分类

2）非圆洞室等代圆法：在洞室围岩变形与破坏的简化分析中，常把直墙拱形，曲墙拱形等洞室形状假定为圆形的方法。

常用的几种等代圆法：

①取断面外接圆半径；

②取圆拱半径；

③取大小半径和的1/2;

④取洞室高度和跨度之和的1/4。。（前三种方法对于洞室工程中常用的高跨比在0.8~1.25的都适用，对于一些大跨、高边墙的洞室采用第四种方法计算）

3）圆形洞室的线弹性应力和位移分析

对于完整、均匀、坚硬的岩体，无论是分析围岩应力和位移，还是评定围岩的稳定性，采用弹性力学方法都是可以的。对于成层的和节理发育的岩体，如果层理或节理等不连续面的间距和所研究的问题尺寸相比较小，则连续化假定和弹性力学方法也是适用的。

（1）无支护圆形洞室围岩的应力分析；

（2）无支护圆形洞室围岩的位移分析；

（3）有支护圆形洞室围岩的应力和位移分析；

4）圆形洞室的弹塑性应力和位移分析

（1）圆形洞室围岩塑性判据；

（2）圆形洞室围岩弹塑性应力分析；

第三章隧道衬砌结构计算

补充内容：

1.隧道工程设计：

一、隧道在交通事业中的地位及发展

（1）隧道的定义：

狭义的定义：通常是指用作地下通道的工程建筑物。

广义的定义：1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。

二、隧道的分类及其作用

（1）按用途分（这是隧道分类方法中最为常用的一种）：交通隧道；水工

隧道；市政隧道；矿山隧道。

（2）按隧道长度分；（3）按断面面积分；（4）按隧道所处的地理位置分。

2.隧道勘察：隧道勘察的目的和隧道勘察的几个阶段。

3.隧道总体设计：

3.1 隧道选址的基本原则：1、隧道长度最短；2、隧道两侧展线良好（出洞后利于线路的延伸衔接，利于路基施工）；3、工程地质、水文地质条件良好。

3.2 隧道的几何设计

3.3 衬砌结构的类型

3.4 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定

衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。

衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线的确定。

衬砌断面设计（内轮廓线，轴线和厚度）。

3.1 概述

隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分，它的结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工水平等选择。

按结构形式的不同，隧道结构可分为：半衬砌结构；厚拱薄墙衬砌结构；直墙拱形衬砌结构；曲墙结构；复合衬砌结构；连拱隧道结构。

按断面形状分类：(1)圆形或椭圆形。(2)直墙拱顶形。(3)曲墙拱顶形。(4)据洞室底板情况可分为平底式和仰拱式。(5)其他形状，如短形、方形，虽转角处应力集中较大下仍被采用。

仰拱的概念：是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。

支护系统基本是超静定结构，因此设计和计算时多以超静定结构进行考虑，其中衬砌拱部结构以结构力学中无铰拱理论计算，墙部和仰拱结构以弹性地基梁理论计算。

3.2 隧道衬砌上的荷载与分类

1.地下结构所承受的荷载，按其作用特点及其使用中可能出现的情况分为以下三类，即：主要荷载，附加荷载和特殊荷载，需要掌握各荷载的分类。

(1)主要荷载（长期及经常作用的荷载）：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。

(2)附加荷载（非经常作用的荷载）：灌浆压力；落石荷载，温差应力与收缩应力和施工荷载。

(3)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。

2.普氏山压理论（普氏平衡供理论）的两个基本假定，和围岩压力的计算。

3.3 半衬砌结构的设计与计算

半衬砌结构：一般指坑道开挖后，只在拱部构筑拱圈，而侧壁不构筑侧墙(或只砌筑构造墙) ，拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上的结构。

这种结构适用于洞库跨度比较大的情况，一般修建在地层岩石比较坚硬、稳定、完整性较好的岩层中。

3.3.1 计算简图、基本结构及正则方程