结构设计模型与计算理论的发展

原
局部变形理论、共同变形理论
理 将边墙视为弹性地基梁
与 ⒌ 连续介质阶段（20世纪中后期）
方
地下结构与地层是一个受力整体
法
解析解 ⒍ 数值方法阶段
地 荷载结构法：将围岩对衬砌的作用可简化成荷载，
下 结
然后计算衬砌在和荷载作用下，产生 的内力和变形。 地层结构法：衬砌和围岩看成受力变形的整体，按
构
连续介质力学原理来进行分析计算。
方
法
法
地层结构法：● 解析解 ● 数值法
地 §3.3地下结构的设计模型
下
⒈ 经验类比模型
结
⒉ 荷载结构模型
构
设计原理：按地层（围岩）分类法或由适用
设 计
公式确定地层压力，按弹性地基上的结构物 的计算方法计算衬砌内力，并进行结构截面 设计。
原
⒊ 地层结构模型
理
设计原理：将衬砌和地层视为整体共同受力
与
设
计
原
理
与
方
法
地
⒎ 极限和优化设计阶段 容许应力法、极限状态法
下 结构优化设计
结 可靠度设计
构 二、地下结构计算方法的分类
设
按衬砌与地层相互作用考虑方式的不同，地下
计
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结构计算方法可大致分为两类：
原
荷载结构法和地层结构法。 荷载结构法: ● 弹性连续框架（含拱形）法
理
● 假定抗力法
与
● 弹性地基梁（含曲梁和圆环）
方
⑸ 离壁式衬砌:拱圈和边墙与岩壁相隔离，
法
其间空隙不做回填，仅拱脚处局部扩大延
伸与岩壁顶紧的衬砌。
地
⑹ 喷锚支护 ⑺ 装配式衬砌
下 ⑻ 复合式衬砌
结 ⑼ 地下空间结构：交岔接头
构
①穹顶直墙结构：地下立式油罐
设
②岔洞结构：坑道的交岔接头
计 原
⒉ 土层地下结构的型式 土层中的地下结构应具有较高的承载能
计
原
结构稳定性判定：K= Hmax 1.25～1.5
理
H min
与 方
式中 Hmax为墙拱脚顶为最铰大横推力，拱顶和
法
Hmin为最小横推力，拱顶和拱脚
为铰
地
⒉ 弹性结构阶段：弹性连续拱形框架（19世纪后 期）
下 超静定结构
结 荷载：地层应力─主动荷载
构 ⒊ 假定抗力阶段（20世纪初期）
设 计
假设没有与变形相适应的弹性抗力（假定有任 意性） ⒋ 弹性地基梁阶段（20世纪中期）
地 下 结 构 设 计 原 理 与 方 法
地 第三章 结构设计模型与计算理
下
论的发展
结 §3.1地下结构的形式 构 一、地下工程的分类 设 按照用途的不同，地下工程可分为下列八类：
计 ⒈ 交通隧道；
原 ⒉ 水工隧道；
理 ⒊ 矿山隧道；
与 方
⒋ 地下仓库； ⒌ 地下工厂； ⒍ 地下民用与公共建筑；
法 ⒎ 人防工程；
力，宜优先采用圆形和封闭框架等型式。
理
常用的土层地下结构的型式有九种：
与 ⑴ 地下室结构（或称附建式结构）：附属于房
方
屋建筑的地下室，兼作为 箱形基础。
法
⑵ 浅埋式结构（或称单建式结构）：梁板结构
或框架结构或多跨的连续直墙拱形结构。
地 ⑶ 地道式结构：直墙或曲墙式衬砌。
下
⑷ 沉井式结构 ⑸ 装配式圆形管片衬砌：盾构法施工
⒏ 国防地下工程。
地 下
二、地下结构的型式 ⒈ 岩石地下结构的型式 岩石地下结构常称为衬砌，或称为被覆。常
结
用的衬砌型式有下列九种：
构
⑴ 半衬砌：只做拱圈，不做边墙
设
计算半衬砌时，需要考虑拱支座的弹性地
计
基作用，施工时应保证拱脚岩层的稳定性
原
⑵ 厚拱薄墙衬砌 扩大拱脚式
理
⑶ 直墙式衬砌
与
⑷ 曲墙式衬砌
计
② 修正设计阶段
原
监控设计主要环节：现场监测→数据处理→信
理
息反馈
与
方
法
感谢下 载
结 ⑹ 顶管结构：顶进法施工
构 ⑺ 地下连续墙结构：明挖或盖挖 设 ⑻ 沉管结构：沉管法施工 计 ⑼ 开敞式结构：不做顶盖
原
理
与
方
法
地 下
§3.2 地下结构计算理论的发展和计算方法分类 一、地下结构计算理论的发展 ⒈ 刚性结构阶段：压力线理论（19世纪
结
初、中期）
构
荷载：地层压力，只有主动荷载
设
结构模型：三铰拱静定体系，铰在墙 脚和拱顶
的统一体系，按变形协调条件分别计算衬砌
方
与地层内力，并据以验算地层的稳定性和进
法
行截面设计。
地 ⒋ 监控设计模型
下
原理：通过现场监测获得围岩力学动态和支护
结 构
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。
设
监控设计分两个阶段：① 施工前预设计阶段