地下结构工程第2章地下结构计算基本理论
地下建筑结构设计-总复习【可编辑全文】
地下建筑的优点 有效的土地利用 能源利用的节省和气候的控制 安全 噪声和震动的隔离 便于维修管理
地下建筑的缺点 获得眺望和自然采光的机会有限 进人和往来的限制 能源上的限制
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。
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。
第2章 地下建筑结构的荷载
1. 荷载种类和组合
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。
第4章 地下建筑结构的计算方法
1. 概述
经验 刚性理论 弹性理论
连续介质理论
1. 概述
我国采用的设计方法似可分属以下四种设 计模型： 1. 荷载—结构模型
1. 概述
将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构 是承载主体．因岩作为荷载；结构与围岩的相 互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来 体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力 和弹性支承的约束能力时间接地考虑。
头计算。
第10章 盾构法隧道结构
盾构隧道简介
• 盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或 活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、 海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。
• 头部可以安全地开挖地层 ,尾部可以装配预制 管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。
地下建筑结构复习提纲 -
第 1 章绪论1、地下建筑结构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；一类是修建在岩层中的；广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的2、地下建筑结构的作用（1）地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构。
修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中挖掘洞室，然后沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌结构。
而内部结构与地面建筑的设计基本相同（2）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、结构自重以及其它荷载的作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。
3、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。
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。
第 2 章地下建筑结构的荷载1、掌握地下建筑结构所承受的荷载类型及其组合原则。
按存在状态可分为：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、岩土体压力和地下水压力等；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活荷载：是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其它荷载：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）受到约束而产生的内力；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。
地下结构设计课程设计
地下结构设计课程设计简介本课程设计旨在让学生了解地下建筑结构设计的基本原理、计算方法及应用技术，掌握地下结构设计的基本流程，培养设计思维和解决实际问题的能力。
课程目标1.掌握地下结构设计的基本原理和方法；2.熟悉地下结构设计的规范和标准；3.能够进行地下结构设计的计算和分析；4.能够根据实际情况进行地下结构设计；5.提高学生的设计思维和实际操作能力。
教学内容第一章简介1.1 地下结构设计的定义和概述1.2 地下结构设计的发展和应用第二章基础知识2.1 岩土力学基础知识2.2 基坑支护原理2.3 开挖法及其影响第三章地下结构类型3.1 地下建筑物类型及其特点3.2 地下环境条件的影响第四章设计基础4.1 大地工程基础制图4.2 地下水文地质勘察4.3 岩土勘察及其分析第五章地下结构设计5.1 地下结构设计的思路和流程5.2 线型结构5.3 离散结构5.4 圆筒形结构5.5 圆弧形结构5.6 多孔介质渗流问题第六章地下结构施工6.1 地下施工基本流程6.2 地下工程施工中的问题与解决方案6.3 输送系统施工技术6.4 井筒施工技术课程设计本课程设计要求学生按照所学知识，设计一个复杂的地下结构。
具体设计包括以下步骤：第一步：选定地下结构类型，如地下车库、地下商场等，完成初始设计。
第二步：进行支护计算和稳定性分析，确定支撑结构类型、深度和间距等参数。
第三步：进行地下排水设计，包括设计排水管道、关键位置安装水位计等。
第四步：进行地下空气调节设计，确定送风方式、通风量等。
第五步：进行安全分析，考虑潜在危险和可能发生的事故，制定预案。
第六步：进行施工方案设计，确定施工流程、备品备件等。
第七步：进行经济评估，评估地下结构建设前后经济效益。
评分标准1.课程设计报告内容完整，包括设计思路、计算过程、数据统计、结论及建议等；2.设计方法合理，结果可靠；3.设计报告文字表达清晰、简洁、易懂；4.设计报告格式规范，符合要求；5.操作技能扎实，能够独立完成设计任务；6.报告答辩表现积极，回答问题准确、清晰。
重庆大学版《地下结构设计》1-10章习题答案
第一章1.简述地下结构的概念和特点。
概念: 地下结构是指在保留上部地层（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筑的建筑结构。
特点:（1）地下空间内建筑结构替代了原来的地层, 结构承受了原本由地层承受的荷载。
在设计和施工中, 要最大限度发挥地层自承能力, 以便控制地下结构的变形, 降低工程造价。
（2）在受载状态下构建地下空间结构物, 地层荷载随着施工进程发生变化, 因此, 设计时要考虑最不利的荷载工况。
（3）作用在地下结构上的地层荷载, 应视地层介质的地质情况合理概化确定。
（4）地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大, 设计前必须弄清地下水的分布和变化情况。
（5）地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力工况, 注意合理利用结构反力作用, 节省造价。
（6）在设计阶段获得的地质资料, 有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。
因此, 地下结构施工中应根据施工的实时工况动态修改设计。
（7）地下结构的围岩既是荷载的来源, 在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。
（8）当地下结构的埋置深度足够大时, 由于地层的成拱效应, 结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。
2.简述地下结构的分类与形式。
按断面形式分类: 1）矩形2）圆形3）拱形4）其他形式按使用功能分类: 可分为生活设施、城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施等按结构形式及施工方法分类: （1）喷锚结构（2）复合衬砌结构（3）盾构结构（4）沉管结构（5）沉井结构（6）地下连续墙结构（7）其他结构按与地面结构联系情况分类（1）附建式结构（2）单建式结构按埋置深度分类1）浅埋地下结构2）深埋地下结构3.简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论1.刚性结构阶段: 压力线理论该理论认为地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构, 所受的主动荷载是地层压力, 当地下结构处于极限平衡状态时, 它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系, 铰的位置分别假设在墙底和拱顶, 其内力可按静力学原理进行计算。
地下空间结构
地下工程结构第一章绪论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。
衬砌结构主要起承重和围护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。
2.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。
3.地下建筑地上建筑结构地上建筑区别：计算理论设计和施工方法不同，地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂，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。
第二章地下建筑结构的荷载1.地下建筑荷载分哪几类：按其存在的状态，可以分为静荷载（结构自重，岩土体压力）、动荷载（地震波，爆炸产生冲击）和活荷载（人群物件和设备重量，吊车荷载）、其他荷载。
2.土压力可分为几种形式？其大小关系如何？土压力分为静止土压力E0、主动土压力力Ea、被动土压力Ep，则Ep>E0>Ea3.简述围岩压力的概念及影响因素：围岩压力就是指位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。
分为松散、膨胀、变形、冲击围岩压力。
影响围岩压力的因素很多，主要与岩体的结构、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相关。
其中岩体稳定性的关键之一在于岩体结构面的类型和特征。
4.简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？地下建筑结构除承受主动荷载作用外（如围岩压力、结构自重等），还承受一种被动荷载，即地层的弹性抗力。
关宝树_地下工程PPT_第二章
第三节
作用在隧道框架结构上的荷载
3.1 浅埋式地下结构荷载的确定方法 1. 地面荷载 一般浅埋地下工程通常要 考虑地面荷载。这类荷载由地 面建筑物、行驶车辆及其他公 共设施产生，它与地下结构距 地面距离（即埋深）相关，当 覆盖厚度超过8m时，其影响就 不大了。地面荷载通过覆土层 传递到地下结构。
2. 垂直土压力 作用在地下框架 结构顶面的垂直土压 力包括三个部分，地 面铺砌体重量，地下 水位以上土体和地下 水位以下土体重量， 如图2-2-8所示。
矩形闭合框架示意图
第二节 矩形闭合框架结构形式和尺寸 2.1 矩形闭合框架的设计 浅埋式地下结构特别是浅埋地铁隧道，一般都是采用钢 筋混凝土衬砌，因此这里进行矩形闭合框架的设计与一般地 下钢筋混凝土结构设计的原理和方法基本相同。 其主要设计内容： ① 结构的断面形式和尺寸的确定。 ② 荷载计算。 ③ 结构内力计算。 ④ 结构配筋计算。 隧道衬砌为箱形框架结构，计算时沿隧道延伸方向取１ m宽度为计算单元，做平面应变问题处理。 设计时首先应按照使用要求，计算出结构的内部净空尺 寸，然后根据结构构件的高宽比、荷载条件并参照已建类似 工程结构尺寸，假定断面上各构件的厚度，确定供计算用的 结构形状和尺寸。
由于d减小而不变则也减少即也就2基坑渗透稳定性验算流沙或管涌验算图2332表示由于在基坑内边沟排水出现水头差h产生由高处和低处的渗流经过板桩下端土层渗流向上到达坑底后汇于边沟进入集水井而泵抽走因此坑底下的土处于浸没于水中的状态其有效重度为浮容重当向上的渗流力或动水压力j达到能够抵消土粒的有效重度够抵消土粒的有效重度即时土粒就处于浮扬或翻腾状态要避免这种现象就应该满足即时土粒就处根据试验结果流沙现象首先发生在离坑壁大约等于板桩深度一半的范围内由于板桩是临时结构为简化计算可近似地取最短路程即紧贴板桩位置的线路来求得最大渗流力如果坑底以上土层为粗粒硬石层松散填土或多裂隙土等在坑壁一侧的水流经此层的水头很少可忽略不计则条件式简化为第六节深层搅拌桩支护结构61深层搅拌桩的支护结构的设计1
地下工程结构计算理论
2）主动荷载加地层弹性约束模型
地层不仅对衬砌结构施加主动荷载而且由于结构与地层 的共同作用，还要对衬砌结构施加被动弹性抗力。
（2）地层结构模型 — 基本概念是围岩与结构共同构成承载 体系，荷载来自地层的初始应力和施工所引起的应力释放； 结构内力与地层重分布应力一起按连续介质力学方法计算 （如弹塑性力学的有限单元法）；地层与结构的相互作用以 变形协调条件来体现；计算的关键在于确定围岩的应力释放 和地层结构的相互作用。
2）可变荷载，一般主要包括使用活载（如交通隧道的运营活载）、 活载产生的土压力、温度应力等， 3）偶然荷载，在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很 大且作用时间很短，如落石冲击力、地震力等。 荷载组合分为基本组合和一些特殊组合，前者仅计入主要荷载 （永久荷载 + 某些经常作用的可变荷载），而特殊组合则考虑主 要荷载和某些不经常作用的可变荷载及偶然荷载的共同作用。
一般取
2.0 ~ 2.5
（围岩愈软弱，愈宜取大值）。
1）深埋隧道：
方法之一：经验公式法 即《铁路隧道设计规范》（TB10003-2001） 所推荐的方法
q h* {0.45 2 s 1 [1 i( B 5)]}
其中，γ 为围岩的重度（KN/m3 ）；S为围岩的级别； B为洞室的 跨度，当 B<5m ，取i=0.2，当B＞5m，取i=0.1
（2）天然拱范围的影响因素： 1）围岩地质条件； 2）支护结构架设的时间； 3）支护结构的刚度； 4）支护结构与围岩的接触状态；
5）隧道的形状、大小和尺寸；
6）隧道的埋深； 7）施工方法。
（3）天然拱高度的确定 确定了天然拱的高度，也就得出了围岩压力。
以天然拱的范围为参照，兼顾天然拱以外岩体的某个变形范围， 可以把地下铁道结构划分为深埋与浅埋两种类型，分别计算主动 h表示地下铁道结构的埋深， 地层压力。用 h *表示天然拱的高度, c 原则上可以把 的洞室定义为深埋，否则定义为浅埋；系数 hc h* 反映的是天然拱内外岩体的坍落与变形范围。
-地下建筑结构总复习
-地下建筑结构总复习第1章绪论1. 地下建筑结构：在地下开挖出的空间中修建的建筑物。
2.衬砌：与土层接触的永久性支护结构，起承重、维护作用。
3.地下建筑结构的初步设计内容：（1）工程等级和要求，以及静、动载标准的确定；（2）确定埋置深度与施工方法；（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。
技术设计内容：（1）计算荷载：求出作用在结构上的各种荷载值；（2）计算简图：拟定出恰当的计算图式；（3）内力分析：得出控制截面的内力；（4）内力组合：求出各控制截面的最大设计内力值；（5）配筋设计：得出受力钢筋，确定分布钢筋与架立钢筋；（6）绘制结构施工详图：结构平面图，结构构件配筋图，节点详图，内部设备的预埋件图；（7）材料，工程数量和工程财务预算。
第2章地下结构的荷载1.主动土压力：当挡土结构在土压力作用下，背后填土处于挤压平衡状态，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用P a 表示。
2.被冻土压力：当挡土结构在土压力作用下，结构发生背离填土的变形和任何位移（移动和转动）时，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用P p 表示。
3.静止土压力：当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移（移动和转动）时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力，并用P 0表示。
4.围岩压力：位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。
5.普氏压力拱理论：6.地层弹性抗力：结构变形使土体被动受力时，土对结构的产生的反作用力。
决定于结构的变形和地层的物理力学性质。
7.水土压力计算方法：郎肯土压力计算公式考虑地下水时水土压力计算方法、计算图式8.（了解）按松散体理论对浅埋结构与深埋结构的划分9.（了解）浅埋结构和深埋结构垂直围岩压力的计算方法10.土层弹性抗力的计算理论：局部变形理论要点：假设土体表面任一点的压力强度与该点的沉降成正比。
地下结构设计原理与方法
地下结构设计原理与方法地下结构设计是城市建设中至关重要的一部分，它包括地下管线、地下停车场、地下水污水处理设施等。
在城市发展和规划中，地下空间的合理利用对于提高城市的舒适度、满足居民需求、优化城市布局起到了至关重要的作用。
本文将介绍地下结构设计的原理和方法，以期为地下结构设计提供一定的指导和理论支持。
一、地下结构设计原理地下结构设计的原理是基于地下空间规划和地下工程技术的基础上进行的。
它主要涉及到以下几个方面的原理：1. 重力作用原理：地下结构设计需要考虑到地下的承载能力和重力作用。
在设计过程中，需要根据地下材料的承载能力和地下结构的荷载作用，合理选择地基类型和地基加固方式。
2. 安全原则：地下结构设计需要保证地下结构在承受外部荷载和地下环境变化时的安全性。
在设计中，需要进行地下结构的可靠性分析和安全评估，以及考虑到地下结构的抗震性能。
3. 经济性原则：地下结构设计需要综合考虑地下空间规划和经济性要求。
在设计中，需要合理选择施工材料和技术，以及考虑到地下结构的维护和管理成本。
二、地下结构设计方法地下结构设计的方法是根据地下结构的具体要求和设计目标来确定的。
下面给出几种常用的地下结构设计方法：1. 传统设计方法：传统的地下结构设计方法是根据经验公式和实践经验进行的。
这种设计方法简单易行，适用于一些常见的地下结构类型。
但是它缺乏理论支持和科学性，不能满足高要求的设计需求。
2. 数值模拟方法：数值模拟方法是近年来发展起来的一种地下结构设计方法。
它通过模拟地下结构的力学行为和地下环境变化，可以对地下结构进行全面准确的分析和设计。
3. 参数化设计方法：参数化设计方法是一种以参数化建模为基础的地下结构设计方法。
它通过建立地下结构的参数化模型，可以快速、灵活地对地下结构进行设计和优化。
4. 优化设计方法：优化设计方法是一种基于最优化理论和方法的地下结构设计方法。
它通过建立地下结构的数学模型，结合不同的约束条件和优化算法，可以得到满足设计需求的最优地下结构。
《地下结构工程》课件
数据处理
对采集的数据进行整理、分析、处理， 提取出反映地下结构工程安全状态的 特征参数。
安全评估
根据特征参数对地下结构工程的安全 状态进行评估，判断是否处于安全或 危险状态。
安全预警
根据安全评估结果，发出预警信息， 提醒相关人员采取应对措施。
05
地下结构工程案例分析
某地铁站地下结构设计案例
案例概述
题。
某大型水利工程沉井施工案例
01 案例概述
某大型水利工程沉井施工案例 ，需建造大型沉井作为水库大 坝的基础结构。
02 结构设计
沉井结构为钢筋混凝土框架结 构，外壁采用预制混凝土块拼 装，内部进行混凝土浇筑。
03
施工方法
04
采用排水下沉法施工，即先在井 壁周围预挖排水沟，然后进行土 方开挖，使沉井逐渐下沉至设计 标高。
市交通压力，提高交通效率。
防灾工程
地下结构工程在防灾方面具有重 要作用，如地下水库、地下避难 所等，这些设施可以在灾害发生
时提供安全保障。
02
地下结构工程设计
地下结构设计原则
安全可靠
地下结构设计应满足强度、稳 定性和耐久性的要求，确保结 构安全可靠，能够承受各种可
能的作用力。
经济合理
结构设计应充分考虑工程规模 、地质条件、材料供应等因素 ，做到经济合理，降低工程造 价。
《地下结构工程》课件
目录
• 地下结构工程概述 • 地下结构工程设计 • 地下结构工程施工技术 • 地下结构工程监测与维护 • 地下结构工程案例分析
01
地下结构工程概述
地下结构工程定义
地下结构工程定义
地下结构工程是指利用地下空间，通过设计和建造各种地下结构，以满足人类 对建筑、交通、防灾等方面的需求。
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。
第二章浅埋式地下结构
当垂直土压力和水平土压力均随着深度 增加而增加时，则为浅埋式结构. 浅埋的地下结构包括附建式的地下室结 构（防空地下室）、隧道的引道结构和 一般的浅埋结构. 本章着重讨论矩形浅埋式结构的设计与 计算原理 .
2.1.1防空地下室
大量的住宅和公共建筑物在修建时，按 照国家的规定，按比例修建的具有一定 防护要求的建筑物地下室。 承受上部地面建筑传来的静荷载,承受核 爆炸冲击波的动力荷载; 平战结合； 一般采用梁板结构、板柱结构、箱形结 构、壳体结构等结构形式。
埋入式
大型工程中普遍采用 埋入式变形缝 ，在 浇捣混凝土时，把橡 胶或塑料止水带埋入 结构中，防水效果可 靠，但橡胶老化问题 需要改进。
如果防水要求很高，承受较大水压时， 可以采用上述三种方法的组合，称为混 合式，效果良好，但施工程序多，造价 高。
本讲要点
了解浅埋结构的结构形式； 掌握矩形闭合框架的计算简图。 了解构造要求； 理解变形缝的设置方法。
槽形支挡结构
（整体式引道结构）
静定结构，其形状与船坞类似，
其设计需要先进行抗浮稳定计算，然后进行结构的强度计算。
2.1.3一般浅埋结构
浅埋的地铁车站、地铁通道、地下工厂、 地下医院、指挥所等，应用广泛。 一般采用明挖法施工。 为直墙拱、矩形框架和梁板式结构 。
2.2一般浅埋结构结构形式
S h h1 3
2.3.4抗浮计算
K Qg Qf 1.10
Qg 为结构自重、设备重量及上部覆土
重之和，但对箱体施工完毕后工况，仅 考虑结构自重； Q f 为浮力。
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2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
（3）地层-结构模型 地层-结构模型的计算理论即为地层结构法。 认为衬砌与地层共同构成受力变形的整体，并可按连
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
（4）收敛-限制模型 曲线①为地层收敛线，曲线②为支
护特征线。两条曲线的交点的纵坐标 (Pe)即为作用在支护结构上的最终地 层压力，横坐标(ue)则为衬砌变形的 最终位移。
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
地下工程结构计算理论的一个重要问题是：如何确定作用 在地下结构上的荷载以及如何考虑围岩的承载能力。
从这方面讲，地下工程结构的计算理论大体可分为五个阶 段：刚性结构阶段；弹性结构阶段；连续介质阶段；数值模 拟阶段；可靠度分析阶段。
注意：这几个阶段的划分不是以某一个严格的时间节点为 先后界限的，时间有交叉。
续介质力学的原理计算衬砌和周边地层的计算方法称为 地层结构法。
其原理是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条 件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据此验算地 层的稳定性和进行构件截面设计。
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
（4）收敛-限制模型 收敛-限制模型的计算理论也是 地层-结构法，其设计方法则常称 为收敛-限制法，或称特征曲线法。 图2-1为收敛限制法原理的示意图。 图中纵坐标表示结构承受的地层 压力，横坐标表示洞周的径向位 移，其值一般都以拱顶为准测读 计算。
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
根据地下工程结构设计的实践，我国采用的 设计方法可分属以下4种设计模型：
经验类比模型 荷载-结构模型 地层-结构模型 收敛-限制模型
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
（1）经验类比模型 由于地下结构的设计受到多种复杂因素的影响，使内
力分析即使采用了比较严密的理论，计算结果的合理性 也常仍需借助经验类比予以判断和完善，因此，经验设 计法往往占据一定的位置。
地下结构工程
第2章地下结构的计算基本的理论
本章内容
2.1 概述 2.2 弹性地基梁理论 2.3 地层-结构计算理论 2.4 地层与结构的共同作用和数值模拟
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
地下结构的力学模型必须符合下述条件： (1) 与实际工作状态一致，能反映围岩的实际状态以及与支 护结构的接触状态； (2) 荷载假定应与修建洞室过程中荷载发生的情况一致； (3) 算出的应力状态要与经过长时间使用的结构所发生的应 力变化和破坏现象一致； (4) 材料性质和数学表达要等价。
分析理论。 该理论开始于20世纪50年代末，仍处于发展之中，应用
可靠性理论和推行概率极限状态设计是当今国内外地下工 程设计发展的必然趋势。
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
20世纪70年代以来，开始探索地下工程结构 设计模型的研究。
不能完全依赖计算，需依赖经验和实践。
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
国际隧道协会，归纳的4种模型： (1)以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经 验设计法； (2)以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以 洞周位移量测值为根据的收敛限制法； (3)作用-反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架 建立的计算法等： (4)连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭 解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。
经验类比模型则是完全依靠经验设计地下结构的设 计模型。
2.1 概述
2.1.2 地下结构的计算模型
（2）荷载-结构模型 荷载-结构模型采用荷载结构法计算衬砌内力，并据此
进行构件截面设计。 认为地层对结构的作用只是产生作用在结构上的荷载，
衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，由此建立的计算 方法称为荷载结构法。
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
1）刚性结构阶段 19世纪初的地下建筑物大都是以砖石材料砌筑的拱形圬工结构，
这些建筑材料的抗拉强度低，结构物中存在接触缝，容易产生断裂。 为了稳定，地下结构截面尺寸很大，结构受力后产生的弹性变形
很小，计算理论是将地下结构视为刚性结构的压力线理论。 压力线理论认为：地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构，所
受的主动荷载是地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时，它是由 绝对刚体组成的三铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶， 内力按静力学原理计算。
实质：作用在支护结构上的压力是指上覆岩层的重力，没有考虑 围岩的自承能力。偏于保守。
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
2）弹性结构阶段 19世纪后期，地下结构开始按弹性连续拱形框架用超静
定结构力学方法计算结构内力。 荷载是主动的地层压力，考虑地层对结构产生的弹性反
力的约束作用。 可分为三种：不计围岩抗力阶段；假定弹性抗力阶段；
弹性地基梁阶段。
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
3）连续介质阶段 地下结构与地层是一个受力整体，20世纪中期以来，用
连续介质力学理论计算地下结构内力的方法逐渐发展。 以岩体力学原理为基础，认为坑道开挖后向洞室内变形
常困难的。 随着数值分析方法和计算机技术的发展，地下结构的数值
分析方法已成为常见的分析手ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。 有 限 单 元 法 (Ansys) 、 有 限 差 分 法 (Flac) 、 离 散 元 法
(3DEC,UDEC)、颗粒流法(PFC)
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
5) 可靠度分析阶段 地下工程所处环境复杂，因此存在很多不确定因素。 产生了以概率与数理统计理论为基础的地下工程可靠度
而释放的围岩压力将由支护结构与围岩组成的地下结构体系 共同承受。
一方面围岩本身由于支护结构提供了一定的支护阻力， 从而引起它的应力调整，达到新的平衡；另一方面，由于支 护结构阻止围岩变形，它必然要受到围岩给予的反作用力而 发生变形。
2.1 概述
2.1.1 计算理论的发展
4）数值模拟阶段 用连续介质力学理论得到任意形状地下结构的解析解是非