北京科技大学地下结构设计复习100题答案

1. 隧道（巷道）与洞室的几何尺寸和力学特点

（1）几何特点：隧道的长跨比>10，洞室长跨比<10；

（2）力学特点：隧道可近似处理为平面应变问题，洞室则属于三维力学问题。

2. 地下工程的特点 3-4

（1）受力特性；（2）材料特性（3）工程荷载特性；（4）破坏模式特性

3. 隧道与地下工程研究发展阶段 5

（1）传统支护理论；（2）现代支护理论

4. 地下工程支护结构计算的力学模型 10

（1）荷载－结构模式，（2）结构与围岩共同作用模式，（3）经验类比模式

5. 原岩应力的概念与提出 131

6. 原岩应力研究的目的

（1）工程稳定性评价；（2）地震预报，

7. 原岩应力确定的一般方法 138

（1）现场测试；（2）位移反演；（3）地质构造形迹推断

8. 重力应力和构造应力概念 132 131-138 134

（1）重力应力的计算；（2）侧压系数的定义；（3）构造应力分类（古构造应力、新构造应力）

9. 地壳浅部原岩应力变化规律 135

（1）浅部定义范围（<3000m ）（2）垂直应力（c σ）的特性：

①多数为最小应力，少数为最大应力和中间应力；②水平应力一般大于自重应力

（3）平均水平应力与垂直应力的比值

λ的变化规律：5.015003.0100+≤≤+H

H λ 10. 地应力场的变化特征 135

（1）空间上的变异性和时间上的变异性；（2）局部地段的不确定性和整个区域的相对稳定性；

（3）垂直应力基本上等于自重应力；

11. 工程设计选用原岩应力的一些基本原则和经验

（1）有实测值，采用实测值（2）无实测值，可采用位移反演

（3）一般情况下，垂直应力可取自重应力，但在埋深较小时存在较大误差

（4）一般无实测结果的情况下，两个水平应力可取为相等

（5）无实测值，可借鉴邻近工程的实测数据，但要考虑明显的局部构造、褶皱、地形影响。

12. 围岩和原岩的定义

（1）围岩：由于开挖导致原岩应力重新分布的那一范围的岩体

（2）原岩：远离开挖工程，不受工程影响的那一范围的岩体

13. 围岩应力和原岩应力

（1）围岩应力：开挖导致原岩应力重新分布后的应力（二次应力、次生应力）

（2）原岩应力：没有受到工程开挖影响的原始应力

14. 影响围岩应力的因素

（1）原岩应力：埋深H 和侧压系数λ（2）工程因素：开挖体的几何形状、跨度、开挖方法、施工顺序和支护形式和支护强度。（3）地质因素：水文地质条件、工程地质条件、岩体结构

15. 地下工程轴对称的含义

（1）几何形状的轴对称，（2）作用荷载的轴对称

16. 轴对称隧道线弹性解的基本假设

（1）岩体连续、弹性、均质和各向同性（2）岩体变形是微小的；（3）隧道的长跨比大于10；

17. 求解复杂洞形的围岩应力分布主要方法

（1）数值分析法；（2）模型试验法；（3）复变函数解法

18. 洞室几何形状设计要考虑的因素

（1）满足使用要求；（2）符合变形要求（3）达到稳定要求；（4）工程投资最少

19. “轴变论”的定义

洞室的高跨比（或称轴比）影响工程围岩的应力分布（或稳定性），通过改变洞室的轴比，可以使围岩应力分布达到最佳（或稳定性最好）。

20. “谐洞”的定义

（1）围岩具有最小应力集中系数的洞形称为谐洞。因此，谐洞是从围岩的应力分布（或稳定性）的观点考虑。

（2）谐洞最佳轴比和侧压系数之间的关系：λ1

=K

（3）具有最佳轴比洞室围岩各点上的切向应力为P P λσϑ+=

（4）椭圆形洞室具有内压0P 的谐洞轴比为0

0P P P P a b --=λ 21. 围岩应力的弹塑性解应满足的条件

（1）平衡条件（2）物理条件（屈服准则）（3）几何条件（连续条件：应力连续和位移连续）（4）边界条件

22. 一般情况下，圆形隧道围岩存在着应力状态不同的区域

（1）松动区（2）塑性区（3）弹性区

23. 松动区的定义和特点

（1）松动区的切向应力P ≤ϑσ（2）松动区的围岩强度已降低到残余强度，呈散体状，不能自稳。 答：由于开挖导致围岩松动的区域。（P154）当围岩塑性区内的塑性滑移发展到一定程度，位于松动区的围岩可能由于重力为形成松动压力。(P240)

24. 圆形洞室围岩的承载区 围岩的塑性区和弹性区是围岩的承载区

25. 洞室围岩所需支护力i P 与塑性区半径0R （或洞壁位移P r u 0

之间的关系：0R 越大，i P 越小，但当0R 达到一极限值时，i P 将随0R 的增大而增大。

答：修正的芬纳公式，描述了支护力P i 与塑性区半径R 0之间的关系。公式（6-43）见书P234

洞壁位移与支护力P i 的关系见书P238（6-69）

26. 围岩压力的类型及特点 154

（1）松动地压：以岩体自重施加到支护上的压力；（2）变形地压：围岩变形受到支护的抑制而施加到支护上的压力；（3）流变地压：由流变变形所引起的支护压力；（4）膨胀地压：由于围岩吸水膨胀所引起的支护压力；

（5）冲击地压：围岩内的弹性变形能突然释放所导致的压力。

27. 影响地压显现特性的主要因素 154

（1）工程地质条件；（2）开挖顺序与方法（3）支护形式与时机；（4）洞室形状

岩体结构，岩石强度，地下水，洞室跨度，形状，支护类型与刚度，施工方法，洞室埋置深度和支护时间等。

28. 流变地压和膨胀地压相同点与不同点 155

（1）相同点：都是由于围岩变形所引起的支护压力

（2）不同点：①变形产生的机理不同；②变形的时间效应不同

29. 松动地压计算的计算模式 156

（1）结构－荷载模式（2）极限平衡分析方法

30. 松动地压的计算理论与适用范围 156

（1）岩柱理论：作用在支护上的压力为岩柱体重量减去圆柱体两侧的抗剪强度；适用于埋深较小的情况（max 2H H <）；

（2）太沙基理论：作用在支护上的压力为曲面圆柱体的重量减去滑裂面上的摩擦力；也仅适用于浅埋隧道。

31. 普氏理论的围岩压力计算假设 159

（1）作用在支护上的压力仅是隧洞上部破裂面以内的松散岩体的重量

（2）隧洞上部围岩的破裂面为二次抛物线，此破裂面形状称为压力拱

（3）隧洞两侧围岩破裂面与垂直方向夹角可按挡土墙理论计算（45－2

ϕ）