第4章地下建筑结构的计算方法详解
安徽理工大学地下建筑结构
地下建筑结构复习资料第一章绪论1.地下建筑定义：修建在土层和岩层中的各种工程建筑物，统称为地下建筑。
分类：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.衬砌定义：修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中开挖空间（洞室），然后沿洞室边修建永久性支护结构——即衬砌（与岩、土层直接接触的结构），或称为被覆。
作用：衬砌结构主要是起承重和围护两面的作用。
承重，就是承受岩土体压力、结构自重及其他荷载作用；围护就是防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等3.地下建筑结构的形式--地下建筑结构的形式主要有使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。
--结构形式首先由受力条件来控制，即在一定的条件下的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等荷载下求出的最合理和经济的结构形式。
地下建筑结构常见的横断面形状主要有如下几种：矩形结构：适用于工业、民用、交通等建筑物。
但直线构件不利于材料抗弯，故在地质条件较好、跨度较小或埋深较浅时常被采用。
圆形结构：当受到均匀径向压力时，截面弯矩为零，这就能充分发挥混凝土结构拉压强度高的特性，故在淤泥质土层等类似承受静水压力的地质条件下应优先采用。
直墙拱形结构：当顶压较大时采用直墙拱形结构受力较为合理。
当底压较大时，底部可做成仰拱结构。
曲墙拱形结构：当顶压和侧压都较大时宜采用曲墙拱形结构。
地下结构断面形式：矩形、梯形、多边形、直墙拱形、曲墙拱形、扁圆形、圆形4.综合地质条件、使用要求、技术条件等因素，地下建筑结构形式根据地质情况的差异可以分为土层和岩层的两种形式土层中地下建筑结构：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构（沉箱结构）、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、其他结构岩地下建筑结构：常用的是几种拱形结构、锚喷结构、穹顶结构一、拱形结构1.贴壁式拱形结构：是指衬砌结构与围岩之间的超挖部分应进行回填的衬砌结其包括半衬砌结构、厚拱薄壁墙衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙拱形衬砌结构2.离壁式衬砌结构：是指与岩壁相离，其间空隙不做回填，仅拱脚处扩大延伸与岩壁紧贴的衬砌结构二、锚喷支护、穹顶结构、连拱衬砌结构、复合衬砌结构5.初步设计容大体是：〈1〉工程防护等级〈 2〉确定埋置深度与施工法〈3〉初算荷载值〈 4〉选择建筑材料〈 5〉选定结构型式和布置〈 6〉估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸。
地下建筑结构可靠性计算
一、功能函数： 功能函数 Z=g(R,S)=R-S
R 可 靠 区
R-S=0
失效区
Z=g(X1,X2,….Xn)
S
上节回顾
二、可靠度：
可靠概率：Ps 失效概率：Pf 可靠指标：
P f = Φ (− β ) = 1 − Φ ( β )
β
β =
µ R − µS
2 2 σR +σS
β = -Φ（P f )
设X1 , X 2 L X n为相互独立变量， 均值为：µ X1 , µ X 2 ,L µ Xn 标准差：σ X1 , σ X 2 ,Lσ Xn 功能函数为：Z = g (X1 , X 2 L X n )
中心点法
泰勒级数展开，保留一次项，得： ∂g Z L = g ( µ X 1 , µ x 2 , µ Xn ) + ∑ ( )µ ( X i − µ Xi ) ∂X i
-1
上节回顾
三、可靠度分析方法的四个层次：
半经验半概率法 近似概率设计法 全概率法 广义可靠性分析
可靠度分析的近似方法
不服从正态分布的功能函数 中心点法 验算点法 JC法
中心点法
已知功能函数中各变量的均值与标准差，在 均值处泰勒级数展开，近似估计功能函数的 均值和标准差，进而计算其可靠指标。
中心点法
X *i − µ X 'i
依上述公式解答（计算或迭代法）
σ X*
i
验算点法
课本111页例题5-1.
JC法
当量正态化： 验算点特点：
FXi ( X ) = Φ (
* i
X − µX*
* i
i
σX φ(
* i
)
* i
地下结构力学计算方法2019正式-精品文档
注意： ， u 12 21 2 1
20
将（2）代入（1）可解得未知力 X1和X2得：
式中：
21 当 、 、 u 、 u 、 、 u 均为零时，则为拱角 全固定的无 1 2 1 2 p p
拱角和拱圈的柔度系数 1）拱角柔度系数，亦即拱角弹性固定系数
拱角处作 M 用 1 时 单， 位支 弯撑 矩面 变 上 形 的 为 应 线 a 其内外缘处 及 的 沉 最 陷 大 分 应 别 力 为：
19
拱角位移 u 、 由拱顶弯矩 X 和轴力 X 以及外荷 0 0 1 2 作用产生：
（2）
1、 2：拱角单位弯矩和单位轴力在拱角处所产生 的转角； u1、 u2：拱角单位广义力所产生的水平位移； p、 u p：外荷载在拱角处产生的转角及位移。 1、 2、 u1、 u2、 p、 u p：拱角弹性固定系数。
式中， d ：拱角厚度 ; b ：拱角纵向宽度，取单 位宽度 1 m ； k 系数。 a :拱角处围岩的弹性抗力
拱角截面转角为： 12 1 max 2 max 1 d 3 d bk d k a aI a 2
22
又因a点无位移，仅作用有弯矩Ma，因此水平及垂 直位移均为零。则得单位弯矩作用下拱角处的弹性 固定系数：
地下结构力学计算方法
1
一、 概述
荷载--结构法（结构力学方法） 地层--结构法（连续介质力学方法）
2
1. 荷载-结构力学计算法简介
自由变形法
3
假定抗力法
4
弹性地基梁理论计算地层抗力
例如： 将隧道边墙视为支撑在侧面和基地地层上的双向的 5 弹性地基梁。
第四章 地下建筑结构的计算方法
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
3
§2工程类比法
隧道各级围岩自稳能力判断
自稳能力 围岩级别 Ⅰ Ⅱ 跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方 跨度10m ～20m，，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方； 跨度10m，可长期稳定，偶有掉块； 跨度10 ～20m，可稳定数日至1个月，可发生小～中塌方； 跨度5 ～10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小～中塌方 跨度5m,可基本稳定
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：
支护时间和结构刚度的 合理选择： 合理选择：（图 ）
19
§5 收敛限制法 5
收敛线的确定： 收敛线的确定： 解析法， 解析法，难，不同部位的收敛线不一样； 不同部位的收敛线不一样； 有限元方法； 有限元方法； 现场实测法 限制线的确定：与上类似 限制线的确定：
Ⅲ
Ⅳ
跨度5m，一般无自稳能力，数日至数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展 为中～大塌方。 埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏 跨度小于5m，可稳定数日至1个月 无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日 无自稳能力
004第四章地下建筑结构设计方法
地 下 结 构 设 计 原 理 与 方 法
二、设计模型 ⒈ 经验类比模型：以参照过去隧道工程实践经 经验类比模型：
验进行工程类比为主的经验设计法；
⒉ 荷载结构模型 设计原理：按地层（围岩） 设计原理：按地层（围岩）分类法或由适用 公式确定地层压力，按弹性地基上的结构物 公式确定地层压力， 的计算方法计算衬砌内力， 的计算方法计算衬砌内力，并进行结构截面 设计。 设计。 ⒊ 地层结构模型 设计原理： 设计原理：将衬砌和地层视为整体共同受力 的统一体系， 的统一体系，按变形协调条件分别计算衬砌 与地层内力， 与地层内力，并据以验算地层的稳定性和进 行截面设计。 行截面设计。
地 下 结 构 设 计 原 理 与 方 法
⑶ 地道式结构：直墙或曲墙式衬砌。 地道式结构： ⑷ 沉井式结构 ⑸ 装配式圆形管片衬砌：盾构法施工 装配式圆形管片衬砌： ⑹ 顶管结构：顶进法施工 顶管结构： ⑺ 地下连续墙结构：明挖或盖挖 地下连续墙结构： ⑻ 沉管结构：沉管法施工 沉管结构： ⑼ 开敞式结构：不做顶盖 开敞式结构：
地 下 结 构 设 计 原 理 与 方 法
⒋ 监控设计模型
原理：通过现场监测获得围岩力学动态和支护 结构工作状态的信息（数据），再通过必要的 力学分析，以修改和确定支护结构系统的设计 参数和施工对策。 监控设计分两个阶段：① 施工前预设计阶段 ② 修正设计阶段 监控设计主要环节：现场监测→数据处理→ 监控设计主要环节：现场监测→数据处理→信 息反馈 ★以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法。 例如以洞局位移量测值为根据的收敛—限制法； ★数值计算法可分别归属于荷载结构法与地层结 构法.然而， 构法.然而，因为大量的岩土工程实际问题目前保 有数值解， 有数值解，数值方法常被视为与封闭解析解不同 的另一类计算法． 的另一类计算法．
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、扁圆形土层下地下建筑结构：浅埋式结构、附建式结构、沉井（沉箱）结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、顶管结构等。
(后面所学的章节就是这些结构，这里可以做一个总述)岩层下地下建筑结构：（图本身没什么用，能够发散去想才有用）这里除了穹顶结构，其他结构在隧道工程中也有提及，书上都有，看看吧。
地下建筑结构芬纳公式
地下建筑结构芬纳公式地下建筑是现代城市发展中不可或缺的一部分，它为城市提供了重要的空间，用于商业、交通、生活等各个方面的需求。
在地下建筑的设计和施工过程中，芬纳公式被广泛应用，它是一种用于计算地下建筑结构稳定性的公式。
本文将介绍地下建筑结构芬纳公式的原理和应用，以及其在实际工程中的重要性。
芬纳公式是由德国土木工程师芬纳在19世纪末提出的，它是根据地下建筑的土壤力学特性而推导出的一种计算公式。
芬纳公式的基本原理是通过考虑地下建筑结构的自重、土壤的重力和地下水的压力等因素，计算地下建筑结构的稳定性。
芬纳公式的具体计算方法较为复杂，其中涉及到地下建筑的深度、土壤的物理特性、水压力等多个参数，需要进行详细的土壤力学分析和计算。
地下建筑结构芬纳公式的应用范围较广，包括地下车库、地下商场、地下通道等各种类型的地下工程。
通过使用芬纳公式，工程师可以评估地下建筑结构的稳定性，并确定适当的设计参数，以确保地下建筑能够承受各种力学作用。
此外，芬纳公式还可以用于评估地下建筑施工过程中可能出现的地下水位变化、土壤沉降等问题，帮助工程师制定合理的施工方案。
在实际工程中，地下建筑结构芬纳公式的应用需要考虑多种因素。
首先，需要对地下建筑的设计参数进行准确测量和确定，包括地下建筑的深度、土壤的物理特性、地下水位等。
其次，需要进行详细的土壤力学分析和计算，以确定地下建筑结构的稳定性。
最后，需要将芬纳公式的计算结果与实际情况进行比较，以评估地下建筑的安全性。
地下建筑结构芬纳公式在实际工程中的应用具有重要的意义。
它可以帮助工程师评估地下建筑结构的稳定性，提供科学依据和参考，以确保地下建筑的安全性和可靠性。
同时，芬纳公式的应用也有助于工程师优化地下建筑的设计方案，提高工程质量和效益。
地下建筑结构芬纳公式是一种用于计算地下建筑稳定性的重要工具。
它通过考虑地下建筑的自重、土壤的重力和地下水的压力等因素，帮助工程师评估地下建筑的稳定性，并确定适当的设计参数。
地下建筑结构的计算方法详解
Q(x)+d Q(x) 剪力图上某点处的切线斜率等
M(x)
于该点处荷载集度的大小。 dx M(x)+d M(x) 弯矩图上某点处的切线斜率等 于该点处剪力的大小。
Q(x)
静定结构位移计算的一般公式
N du Qdv Md R c
当结构只受载荷作用的影响时，支座不移动
第四章 地下建筑结构的计算方法
本讲内容
1 计算方法的发展现状和计算方法
2 荷载结构法
3 地层结构法
4
算例
§ 1.计算方法现状和计算方法
早期，经验设计； 19世纪初 刚性结构的计算理论，如压力线理论等； 19世纪后期，弹性连续拱形框架计算理论，并据以进行截面 设计； 随后，地下建筑结构在主动荷载作用下发生弹性变形的同 时，将受到地层对其变形产生的约束作用。将这类约束作用假 设为弹性抗力，地下建筑结构的计算理论便有了与地面结构不 同的特点。由此建立了典型的假定抗力方法、弹性地基梁的力 法（1956）、角变位移法及不均衡力矩与侧力传播法等 ； 20世纪以来，按连续介质力学理论，已经建立的方法既有解 析解和数值计算法； 20世纪70年代，新奥法，仿真计算技术，反馈设计方法。
c＝0，位移计算公式为：
N du Qdv Md
N Q M 虚设力状态中单位力所 产生的内力。
du、dv、d 为微段的变形
b. 超静定结构内力与位移计算
力法 位移法 力矩分配法
矩阵位移法
弹性地基梁
力法与位移法
力法：
以多余力为 基本未知量 位移条件 求多余力 其它反力 内力
图4-1收敛限制法原理的示意图
§ 2、荷载结构法
荷载结构法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（包括主动地层压力和被动地层抗 力），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。
地下建筑结构第04章地下建筑结构计算方式
对盾构隧道的结构设计，可以采用均质圆环模型、梁 弹簧模型等。梁弹簧模型充分反映了结构的连接和受 力特性；对梁弹簧模型，管片采用直(曲)梁单元模拟， 管片之间以及环间接头用弹簧单元模拟。
地层与结构的相互作用
（一）地层与结构相互作用的模拟
支护结构和地层间相互作用，采用接触面单元模 拟。并利用塑性理论接触面单元建立非线性本构关 系。当法向应力为压应力时，采用莫尔—库仑屈服 条件，不难导出其剪切滑移的塑性矩阵。
取衬砌结构结点的位移为基本未知量。由最小势能 原理或变分原理可得系统整体求解时的平衡方程为：
K P
1 2 m T
P P1 P2 Pm T
K ：衬砌结构的整体刚度矩阵
2、荷载结构法－－计算原理
2.单元刚度矩阵： 设梁单元在局部坐标系下的结点位移为
地下建筑结构
地下建筑结构的计算方法
本讲内容
1 计算方法的发展现状和计算方法 2 荷载结构法 3 地层结构法 4 算例
1.计算方法现状和计算方法
19世纪初才逐渐形成计算理论 ，最先出现 的计算理论是将地下结构视为刚性结构的计 算理论，如压力线理论等。直到19世纪后期， 混凝土和钢筋混凝土材料陆续出现，并被用 于建造地下工程，使地下建筑结构具有较好 的整体性。从这时起，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。
2、荷载结构法
地下结构工程 地下结构的计算理论48页PPT
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责ห้องสมุดไป่ตู้ 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
第4章 地下建筑结构的计算方法
M
5
3
1
1
2
力矩平衡方程： M M12 M13 M14 M15
(S12 S13 S14 S15 )1
1
S12
M S13 S14
S15
力矩分配法的解题步骤： （1）在刚结点处加上附加刚臂，使原结构成为单
跨静定梁的组合体，计算分配系数。（结构处于 锁住状态） （2）计算杆端的固端弯矩，求结点不平衡力矩。 （3）将不平衡力矩反号后，按分配系数、传递系 数进行分配、传递。（将锁住的结点放松） （4）将各杆的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩相 加求得各杆的最后弯矩。 （5）绘内力图。
之后进行计算分析，必要时修改构件尺寸或结构 型式 要计算，但不能过于依赖计算
3
1. 概述
设计计算方法一般分以下4类：
工程类比法 （严格说并非计算方法） 荷载结构法：主动荷载、主动荷载+弹性抗力 地层结构法：共同承载，连续介质理论 收敛限制法：属地层结构法，弹塑-粘性理论 数值法、解析法可用于上列后3种方法的任意一种 计算模型：平面模型、空间模型
38
4. 收敛限制法
收敛限制法：
又称特征线法或变
形法，是一种以理论为
基础、实测为依据、经
验为参考的隧道设计方
法。由法国人1978年在
新奥法的基础上提出。
σ
基本原理是利用岩体特
征曲线和支护结构特征
曲线交会的方法来决定
P P P
支护体系最佳平衡条
件。
39
小结
荷载结构法结合实测还是较实用的方法。 数值法：理论上完善，但土的应力—应变关 系至今不成熟，关键问题在于土并非连续材 料； 收敛限制法：思想合理，但实用上尚待发展。
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1. 概述
(1)以参照过去隧道工程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，以洞周位移量侧值为根据的收 敛—限制法； (3)作用一反作用模型，即荷载一结构模型。 例如，弹性地基因环计算和弹性地基框架计算 等计算法； (4)连续介质模型，包括解析法和数值法c数 值计算法目前主要是有限单元法。
1. 概述
荷载—结构模型模型设计的隧道支护结构
偏于保守 地层—结构模型是目前隧道结构体系设计中力求 采用的或正在发展的模型，因为它符合当前的 施工技术水平。
4种模型中前3种较为常用。
2.荷载—结构法
对应于荷载－结构模型的计算方法称为荷载－ 结构法。 地层对结构的作用只是产生在地下建筑结构上 的荷载，衬砌在荷载的作用下产生内力和变形。 这里介绍《公路隧道设计规范》（2004）中 的计算方法。
3.地层—结构法
4.3.1 设计原理 将衬砌和地层视为整体共同受力的统一体系， 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。 计算方法以有限单元法为主。
3.地层—结构法
4.3.2 计算初始地应力
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3 初始地应力 将初始自重应力与构造应力叠加， 即得初始地应力
2.荷载—结构法
4.2.1 设计原理 认为隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构 产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层 压力等荷载的作用。 计算时先计算出地层压力，然后按弹性地基上 结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结 构截面设计。
2.荷载—结构法
4.2.2 计算原理
2.荷载—结构法
2.荷载—结构法
第4章 地下建筑结构的计算方法
本 章 内 容
1 概述 2 荷载－结构法 3 地层－结构法 4 算例
1. 概述
4.1.1 地下建筑结构计算方法的发展
早期完全依靠经验，19世纪才逐渐形成 计算理论；最早的计算理论为刚性理论（压 力线理论）；柔性材料被用于地下工程后开 始按弹性理论计算；逐步认识到地层与结构 是一个受力整体，20世纪以来，按连续介质 理论建立起新的计算方法。
1. 概述
经验
刚性理论
弹性理论
连续介质理论
1. 概述
4.1.2地下结构体系的计算模型 国际隧道协会在1978年成立了隧道结构谈倔 型研究组、收集和汇总了各会员国目前采用的 地下结构设计方法．如表4－1所示。经过总结， 国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计 方法可以归纳为以下4种设计模型：
1. 概述
从各国的地下结构设计实践看，目前．在 设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模 型，一类是以支护结构作为承载主体、围岩作 为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用 的模型。另一类则相反，视围岩为承载主体， 支护结构则为约束围岩变形的模型。
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
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
1. 概述
3. 经验类比模型 在大多数情况下，隧道支护体系还是依赖 “经验设计”的，在实施过程中，依据量测信 息加以修改和验证。经验设计的前提要正确地 对坑道围岩进行分类、然后在分类的基础上编 制支护结构系统的基本图示。 它是完全依靠经验设计地下结构的设计模型。
1. 概述
4.收敛限制模型
其计算理论也是 地层结构法，其 设计方法常称为 收敛限制法，或 称特征线法。 只是计算时采用 收敛—约束法 图解考虑。
2.荷载—结构法
2.荷载—结构法
3.地层反力的作用模式
2.荷载—结构法
3.地层—结构法
对应于地层－结构模型的计算方法称为地层－ 结构法。 把地下结构与地层作为一个受力变形的整体， 按照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；不仅计算出衬砌结构的内 力及变形，而且计算周围地层的应力。 充分体现了相互作用原理。 这里仍重点介绍《公路隧道设计规范》 （2004）中的计算方法。
3.地层—结构法
4.3.3 本构模型
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
4.3.4 单元模式
3.地层—结构法
3.地层—结构法
3.地层—结构法
4.3.5 施工过程的模拟
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．围岩作为荷载；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 地层—结构模型
1. 概述
将支护结构与围岩视力一体，作为共同承载 的隧道结构体系，故又称为围岩一结构模型或 复合整体模型，在这个模型中围岩是直接的承 载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的 变形，这一点正好和上述模型相反。