地下建筑结构复习题

一、简述题1围岩压力是什么？分为哪几类？举例说明与哪些因素有关？在围岩发生变形时及时进行衬砌或围护，阻止围岩继续变形，防止围岩塌落，则围岩对衬砌结构就要产生压力，即所谓的围岩压力。

围岩压力分为围岩垂直压力、围岩水平压力和围岩底部压力岩石的强度、岩体的结构（如结合岩体结构分析围岩压力，则可认为火成岩系整体状结构，未曾或只经过轻微的区域构造变动，在没有断层和不良软弱结构面的不利组合时，这种岩体的完整性好、强度高，设计计算时可不考虑围岩压力。

而碎块状岩体结构，因其完整性差，围岩压力较大。

）地下水（主要表现为削弱岩体的强度，加速围岩的风化，从而导致围岩压力增大。

）洞室尺寸与形状（尺寸较小的圆形和椭圆洞室产生的围岩压力较小，而尺寸较大的矩形和梯形洞室产生的围岩压力则较大，因为后者易在顶部围岩中出现较大的拉应力，并在两边转角处出现明显的应力集中。

）施工方法、支护时间、支护的类型和刚度及洞室建成后的使用年限有关2对于深埋结构的垂直围岩压力计算，简述普氏理论和太沙基理论的原理。

普氏理论（将真正的岩体代之以某种具有一定特性的特殊松散体，以便采用与理想松散体完全相同的计算方法。

）太沙基（也将岩体视为散粒体。

他认为坑道开挖后，其上方的岩体将因坑道变形而下沉，产生如图所示的错动面OAB ，假定作用在任何水平面上的竖向压力是均布的。

）3 按衬砌与地层相互作用考虑方式的不同，地下结构计算方法可大致区分为哪两类，简述其含义。

荷载结构法（认为地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载（包括主动的地层压力和被动的地层抗力)，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法。

弹性连续框架(含拱形)法、假定抗力法和弹性地基梁(含曲梁和圆环)法等可归于荷载结构法）地层结构法（认为衬砌与地层一起构成受力变形的整体，并可按连续介质力学原理来计算衬砌和周边地层内力的计算方法 常见的关于圆形衬砌的弹性解、粘弹性解和弹塑性解等都归属于地层结构法）4 简述浅埋式矩形框架结构的计算原理。

结构计算通常包括三方面的内容，即:荷载计算:顶板上荷载计算：作用于顶板上的荷载，包括有顶板以上的覆士压力、水压力、顶板自重、路面荷载以及特载。

底板上荷载计算：地基反力为直线分布。

作用于底板上的荷载可按下式计算 tq L p q q 底顶底＝++∑， 侧墙上荷载计算 侧墙上所受的荷载有土层的侧向土压力、水压力及特载。

内力计算 ： 计算简图、截面选择、计算方法 （闭合框架一般可采用位移法计算，当不考虑线位移的影响时，则以力矩分配法为简便。

在多层多跨的复杂情形可借助于计算机计算。

）设计弯矩、剪力及轴力的计算截面设计，地下矩形闭合框架结构的构件(顶板、侧墙、底板)均按偏心受压构件进行截面验算 抗浮验算5 浅埋式结构节点设计弯矩和计算弯矩有何区别？如何计算节点的设计弯矩。

用位移注或力矩分配法解超静定结构时，直接求得的是节点处的内力(即构件轴线相交处的内力) ，然后利用平衡条件可以求得各杆任意截面的内力。

节点弯矩(计算弯矩)虽然比附近截面的弯矩为大，但其对应的截面高度是侧墙的高度，所以，实际不利的截面(弯矩大而截面高度又小)则是侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩称为设计弯矩。

2222⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=b q b Q M M p p i M —— 设计弯矩 Mp —— 计算弯矩Qp —— 计算剪力b —— 支座宽度q —— 支座作用于杆件上的均布荷载6 盾构法隧道衬砌内力计算中，为了考虑管片接头的影响，国际隧协推荐哪两种估算方法，简述其原理。

1η—ξ法 首先将衬砌环按均质圆环计算，但考虑纵缝接头的存在，导致整体抗弯刚度降低，取圆环抗弯刚度为ηEI （η为抗弯刚性的有效率，η≤1）。

计及圆环水平直径处变位y ，两侧抗力 p k = k y 后，考虑错缝拼装管片接头部弯矩的传递，错缝拼装弯矩传递及分配如图接头内力N N M M j j =-=)1(ξ管内内力N N M M s s =+=)1(ξ2 旋转弹簧（半铰） K-ξ（ 法） 用一个旋转弹簧（半铰）模拟接头，且假定弯矩与转角成正比，计算构件内力为 θK M =如果管片环没有接头，则 K=∞ ，ξ=0。

若假定管片环的接头为铰接，则K= 0 ，ξ=1 8 盾构法隧道衬砌结构断面选择时应验算哪些内容，有何要求？断面选择在不同工作阶段具有不同的内容和要求。

需进行抗裂或裂缝限制，强度和变形等验算。

基本使用荷载阶段，需进行抗裂或裂缝限制，强度和变形等验算组合基本荷载阶段和特殊荷载阶段，一般仅进行强度检验，变形和裂缝开展可不予以考虑9 单圆的盾构结构计算时，拱底反力一般包括哪几部分？写出计算公式。

w R 22146.0γπγπ⋅-+⋅+=H H R R g q P 见笔记10沉管结构的浮力设计包括哪些内容，如何选取河水比重和混凝土容重。

浮力设计就是设计好重量与浮力间的关系，浮力设计的内容包括干舷选定和抗浮安全系数的验算，其目的是最终确定沉管结构的高度和外廓尺寸。

在进行浮力设计时，应按最大的混凝土重度，最大的混凝土体积和最小的河水密度来计算干舷。

进行浮力设计时，应按最小的混凝土容重和体积，最大的河水比重来计算各阶段抗浮安全系数11 沉管的横、纵向结构计算各采用什么理论。

沉管的横截面结构形式多是多孔(单孔的极少)箱形框架，管段横断面内力-般按弹性支承箱形框架结构计算。

（计算量已不成问题，利用一般平面杆系结构分析的通用程序，就可迅速得到解决。

） 施工阶段的沉管纵向受力分析，主要是计算浮运、沉设时施工荷载（定位塔、端封墙等)所引起的内力。

使用阶段的纵向受力分析，一般按弹性地基梁理论进行计算。

沉管隧道纵断面设计需要考虑温度荷载和地基不均匀沉阵以及其他各种荷载，根据隧道性能要求进行合理组合。

12 沉管隧道采用桩基后， 基桩桩顶标高在实际施工中不可能达到完全齐平，有哪些处理方法。

1水下混凝土传力法 （基桩打好后，先浇一、二层水下混凝土将桩顶裹住。

而后再在水下铺上一层砂石垫层，使沉管荷载经砂石垫层和水下混凝土层传到桩基上去）2砂浆囊袋传力法（在管段底部与桩顶之间，用大型化纤囊袋灌注水泥砂浆加以垫实，使所有基桩均能同时受力。

）所用囊袋既要具有较高的强度，又要具有充分的透水性，以保证灌注砂桨时，囊内河水能顺利地排出囊外。

砂浆的强度，不需要太高，略高于地基土3活动桩顶法（在所有的基桩顶端设一小段预制混凝土活动桩顶。

在管段沉设完毕后，向活动桩顶与桩身之间的空腔中灌注水泥砂浆或软垫层，将活动桩顶顶升到与管底密贴接触为止。

）13 沉管管段之间水下连接有哪些方法？水下连接的方法有两种，一种是水下混凝土连接法，一种是水力压接法（对位 、拉合、 压接 、 拆除隔墙）14 沉井和钢板桩支护条件下的顶管工作井，后靠土体的稳定条件各是什么？沉井承压壁后靠土体在顶管顶力超过其承受能力后会产生滑动.承压壁后靠土体水平方向的极限平衡条件为P j = 2F 1 + F 2 + P p - P aPj —— 顶管最大计算顶力.F1、 F2—— 沉井一侧的侧面、底面摩擦阻力Pp 、Pa —— 沉井承压井壁的总被动、主动土压力若不考虑F1、F2，一般采用下式进行承压壁后靠土体的稳定性验算s a p j K P P P -≤ Ks —沉井稳定系数，一般取Ks=l.O ～1.2，土质越差，Ks 的取值越大板桩 A 点在后靠土体被动土压力线上或在其左侧(即承压壁后靠土体反力等于或小于承压壁上的被动土压力)时 ，则后靠土体是稳定的，由此推导得后靠土体的稳定条件为：)2(23213p h h h b P K h K ++≥γ15 顶管结构的设计内容有哪些？其关键是什么？顶管工程设计主要应解决好工作井设置、顶管顶力估算、承压壁后靠结构及土体的稳定问题。

其中最重要的是顶力值的计算。

通过计算确定顶进设备能力、验算管节所能承受的最大顶力、布置顶进设备、计算后背的承载能力和选择相应的后背形式等。

16顶管结构的施工荷载包括哪些？施工阶段需要验算哪些内容？千斤顶的顶力、顶进阻力（贯入阻力、摩擦阻力、管节自重产生的摩擦）Rf —— 顶力A h Af P G P P f P F R +++=+=∑)(vPv ——管顶上的竖向土压力Ph ——管侧土压力G ——全部顶管管道自重f ——管壁与土体间摩擦系数PA ——管端部贯入阻力验算的有：管段允许顶力计算、顶管工作井普遍采用沉井或钢板桩支护结构。

对这两种形式的工作井都应首先验算支护结构强度。

其次还必须验算顶管承压壁后靠土体的稳定性、中继环的设计计算17 整体式隧道衬砌结构有哪几种形式，各适用于什么条件？1半衬砌结构 （在坚硬岩层中，若侧壁无坍塌危险，仅顶部岩石可能有局部滑藩时，可仅施作顶部衬砌，不作边墙，喷一层不小于2cm 厚的水泥砂浆护面，即为半衬砌结构）2厚拱薄墙衬砌结构 （适宜用在水平压力较小，且稳定性较差的围岩中。

对于稳定或基本稳定围岩中的大跨度、高边墙洞室，如采用喷锚结构施工装备条件存在困难，或喷锚结构防水达不到要求时，也可考虑使用。

）3直墙拱形衬砌结构 (在一般或较差岩层的隧道结构，通常是拱顶与边墙浇筑在一起，形成一个整体结构，即直墙拱形衬砌结构，这是一种被广泛应用的隧道结构形式，如铁路隧道等) 4曲墙结构 (在很差的岩层中，岩体松散破碎且易于坍塌，衬砌结构一般由拱圈、曲线形侧墙和仰拱形底板组成，形成所谓的曲墙衬砌结构)5复合衬砌结构 (复合支护结构一般认为围岩具有自支承能力，支护的作用首先是加固和稳定用围岩，使围岩的自支承能力可充分发挥，从而可允许围岩发生一定的变形和由此减薄支护结构的厚度)6连拱隧道结构(对于长度不是特别长的公路隧道(100～500m ），尤其是处于地质、地形条件复杂及征地受严格限制地区的中小隧道，常采用连拱隧道的形式)18 简述力法中弹性固定系数a ik 的物理意义。

a i k (i ，k = 1，2) 的物理意义是，基本结构取为弹性固定悬臂梁时的单位变位；a io (i = 1，2) 为载变位；19 用力法计算直墙拱衬砌结构，拱脚最终水平位移和弹性抗力公式？ne n np n np n np u u V V V u Q Q u M M fu u X u X u ++++++++++=3c 00200100122110)()()()(σσσβ1、u 1—— 墙顶在单位力矩作用下发生的墙顶的角变和水平位移;β2、u 2—— 墙顶在单位水平力作用下发生的墙顶的角变和水平位移;β3、u 3—— 墙顶在单位竖向力作用下发生的墙顶的角变和水平位移βne 、u ne ——梯形分布的水平力e 引起的墙顶的角变和水平位移;000,,npnp np V Q M ——基本结构中左半拱上的荷载引起的墙顶弯矩、水平力和竖向力;000,,σσσn n n V Q M ——基本结构中左半拱上的弹性抗力引起的墙顶弯矩、水平力和竖向力 Vc ——边墙自重，但不包括下端加宽的一段。