地下结构设计

2.1 静止土压力如何确定。

当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用于结构上的侧向土压力称为静止土压力。其值可根据弹性变形体无侧限变形理论或近似方法求得。

2.2 库伦理论的基本假定：

1挡土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挡土墙后产生主动、被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面通过墙踵的平面；

4墙顶处的土体表面可以是水平面也可以是倾斜面；

5在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件

2.3 朗肯土压力的基本假定：

1挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面与土层之间的摩擦力；

2挡土墙后填土的表面水平，为半无限空间；

3挡土墙后填土处于极限平衡状态

2.4 围岩压力概念：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。影响因素：岩体结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸及形状、支护的类型及刚度、支护结构上的压力

2.5 围岩压力计算的两种理论方法：按松散体理论计算围岩压力，按弹塑性体理论计算围岩压力。前者考虑到了岩体裂隙和节理的存在，岩体被切割为互不联系的独立块体，将真正的岩体代之以某种具有一定特性的特殊松散体。

2.6 弹性抗力的概念：在靠近拱脚和边墙部位，结构产生压向底层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构变形从而产生对结构的反作用力。影响因素：结构的变形、地层的物理力学性质。

2.7 弹性抗力的确定：目前采取两种理论。一为局部变形理论，认为弹性地基某点上施加的外力只会引起改点的沉陷；另一种为共同变性理论，认为弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。

2.8 温克尔假定：把地基模拟为刚性支座上一系列的弹簧，当地及表面上某一点受压力P时，由于弹簧是彼此独立的，故只在局部产生沉陷y，而在其他地方不产生任何沉陷。

3.1 弹性地基梁两种计算模型的区别：局部弹性地基模型没有考虑地基的连续性，不能全面的反映地基梁的实际情况。半无限弹性体地基模型把低级看做均质、连续、弹性的半无限体，反映可地基的连续整体性，从几何、物理上对地基进行了简化，但这个模型没有反映土壤的非弹性性质、不均匀性、分层特点等。

3.2 弹性地基梁与普通梁的区别：弹性地基梁是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁，通过这种梁，将作用在它上面的荷载，分布到较大面积的地基上，既能使承载能力较低的地基承受较大的荷载，又能使梁的变形减少，提高刚度、降低内力。普通梁失静定的或有限次超静定结构，弹性地基梁是无限次超静定结构：普通梁只考虑梁的变形略去了低级的变形，弹性地基梁须同时考虑梁与地基的变形

3.3 弹性地基短梁（换算长度1<λ<2..75）、长梁(λ≥2.75）、刚性梁(λ≤1)

4.1地下建筑结构计算理论的发展过程：早年的地下建筑结构的建设完全依据经验，19世纪初才形成计算理论，最先出现的是将地下结构视为刚性结构的计算理论，直到19世纪后期，地下结构开始按弹性连续拱形框架计算内力，并据以

进行截面设计。地下结构的变形受到地层对其产生的约束作用，由此产生了典型的假定抗力法﹑弹性地基梁的力法﹑角位移法及不均衡力矩与侧力传播法，20世纪以来，按连续介质力学理论建立地下建筑结构内力计算方法的研究取得成果，随着计算机技术的应用，数值计算方法有了很大发展，并已编制了多种功能齐全的程序软件，20世纪末70年代，人们开始采用新奥法施作的隧道建立仿真计算机技术的研究，并据以对复合支护提出计算和设计方法

4.2地下建筑结构计算方法的类型及含义：

A.国际隧协认可四种模型：

1.以参照以往隧道施工的实践经验进行工程类比为主的经验设计法

2.以现场测量和实验室为主的实用设计法

3.作用－反作用模型

4.连续介质模型

B.我国采用的设计方法：

1.荷载结构模型：采用荷载结构法计算衬砌内力，并据以进行构件截面设计

2.地层结构模型：将衬砌和地层是为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层内力，并据以验算地层的稳定性和构件截面设计

3.经验类比模型：完全依靠经验设计地下结构的设计模型

4.收敛限制模型：

4.3荷载结构法﹑地层结构发的基本含义和主要区别:

荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载，初砌在荷载的作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构法.

地层结构模型把地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按连续介质力学原理来计算地下建筑结构以及周围地层的变形，不仅计算出初砌结构内力及变形，而且计算周围地层应力，充分体现周围地层与地下建筑结构的相互作用区别：荷载结构法将地下结构与地层分开考虑，而地层结构法将其作为一个整体，相对于荷载结构法，地层结构法充分考虑了地下结构开始与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合实际

4.4荷载结构法和地层结构法的计算过程:

荷载结构法：1.取衬砌结构节点的位移为基本量，由最小视能原理或变分原理得系统整体平衡方程2.确定单元刚度矩阵3.地层反力作用模式.

地层结构法：1.计算初始应力，包括初始自重应力，构造应力和初始地应力2.本构模型，分岩石单元﹑梁单元﹑杆单元和接触面单元确定3.单元模式：分一维单元，三角形单元和四边形单元4.施工过程模拟

5.1地下建筑结构不确定性因素及其特点:

(1).地层介质特性参数的不确定性，地层介质的形成经历了漫长的地质年代，并不断经历自然地质构造运动和人类活动的影响，使地层介质在多数情况下都明显呈现非均质、非线性、各向异性和随机离散等特性。

(2).岩土体分类的不确定性,各种岩土体分类法根据工程服务部门都有相应的一套规范或标准，而这些标准规范本身通常是根据大量的经验确定，因而存在一定的不确定性;有时由于不同工程师对标准的理解和处理都不尽相同，因而也可能引起岩土体分类的随机性，进而导致地下建筑结构设计上的不确定。

(3).分析模型的不确定性:一般来说，介质所服从的力学性态模型主要是通过室内实验得到其应力，应变关系来确定，如弹性模型、弹塑性模型、粘弹塑性