1.3地下建筑工程的特点:
1)工程受力特点不同:地面是先有结构后有荷载,地下结构是先有荷载后有结构
2)工程材料特性的不确定性:空间上不确定,时间上不确定性
3)工程荷载的不确定性
4)破坏模式的不确定性
5)地下建筑工程信息的不完备性和模糊性
6)地下支护结构形式的多样性
1.4地下支护结构的类型:
地下支护结构有:临时支护结构和永久支护结构
支护结构的两个最基本使用要求:一是满足结构强度、刚度要求，以承受诸如水、围岩压力以及一些特殊使用要求的外荷载；二是提供一个能满足使用要求的工作环境，以便保持隧道内部的干燥和清洁。
（1）按设计与施工要求分类
地下建筑结构分为：
1）整体浇注结构：施工时，将地下支护结构整体现浇，一次性施工完成，形成整体型承载结构体。
2）锚喷支护结构：由锚杆、喷射混凝土结构组成的支护结构体
3）复合式衬砌结构：该结构由初期支护结构（锚喷支护）和二次衬砌组成，是应用新奥法理论产生的支护结构，也是我过目前钻爆法中应用最广范的支护结构。
4）管片支护结构：该结构是盾构法或掘进机法施工中最常用的支护结构，环状结构由数个管片组成环形闭合承载结构体。
（2）按用途与功能分为：交通隧道、水工隧道、矿山隧道、城市地下建筑结构、地下工厂、基坑工程、军事与国防工程
2.1地下岩体结构类型：
岩体结构：是指岩体中结构面与结构体的排列组合关系
结构体：是指岩体中被结构面切割围限的岩石块体
结构体常见形状：柱状、板状、楔形、菱形，
2.1.2岩体结构类型：
1)整体与块状结构
2)层状结构
3)碎裂状结构
4）散体状结构
2.2结构面类型与特征
岩体结构面：是指岩体内开裂的和易开裂的面如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。
2.2.1结构面的类型和特征
（1）岩体中结构面的种类：
岩体中有三种结构面：
（1）原生结构面：又称成岩结构面，它是在成岩过程中形成的结构界面如：岩浆岩的流层、流纹、冷却、胀缩裂隙及侵入接触面；沉积岩的层理层面、龟裂；变质岩的片理、板理。（2）次生结构面：又称风化结构面、非构造结构面，是岩石受外动力地质作用（风、水、生物等）产生的，如由风化产生的风化裂隙等，
（3）构造结构面：指各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层、层间错动等
2.4.3结构面的强度特性：
1）对于光滑无充填物的结构面，其抗剪强度为：=tan τσ?
2）对于粗糙起伏无填充物的结构面，其抗剪强度为：=tan()b i τσ?+
3）有填充物结构面的抗剪强度主要取决于填充物的成分、结构、厚度及充填程度等。、
2.4.4岩体的变形特征
岩体由岩石和结构面构成，因此强度必然收到岩石和结构面强度极其组合方式（岩体结构）的控制。
和岩石一样，岩体强度也有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度之分，人们研究的重点是岩石的抗压强度和抗剪强度，通常采用原味测试获得力学参数。
（1）单轴压缩条件下岩体的变形特征（变形阶段划分）
1）第一变形阶段为图中OA 段曲线，属于微裂隙压密阶段。
2）第二变形阶段为图中AB 段曲线，属于弹性变形阶段。
3）第三变形阶段为图中BC 段曲线，属于初级膨胀阶段。
4）第四变形阶段为图中CD 段曲线，属于破坏阶段。
5）第五变形阶段为图中DE 段曲线，属于峰值后的变形与破坏阶段
其变形指标有：变形模量0E 、弹性模量e E 、动弹性模量d E
（2）岩体压力作用下的变形特征
1）直线形：岩体变形为先谈性特征
2）上凹形：随着压力增加，岩体变形速率加大。
3）上凸形：随着压力增加，岩体变形速率减小。
（3）岩体的流变特征包括：
1）蠕变：指在应力一定的条件下，变形随着时间的持续而逐渐增长的现象。
2）松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。
3.1地下洞室围岩稳定性分析
围岩的初始应力场：由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖前岩体中就已经存在的地应力场，人们称之为围岩的初始应力场。
初始应力场：是指在天然状态下所具有的内在应力，可称之为岩体的初始应力或地应力。 围岩压力： 围岩变形与破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需要对围岩进行支护衬砌，变形破坏的围岩对支护结构施加一定的荷载，成为围岩压力。
3.2.1初始应力场的组成：
根据地应力场的成因将其分为自重应力场和构造应力场两大类，这两类应力场的基本规律有明显的差异。
构造应力场：是指地壳中各处发生的一切构造变形与破裂所形成的地应力，其成因比较复杂。
3.2.3影响岩体初始应力状态的因素
（1）地形对自重应力的影响
（2）地质构造对自重应力的影响
（3）岩体不连续面对自重应力的影响
（4）岩性对自重应力的影响
（5）地下谁压力对岩体自重应力的影响
（6）热应力对岩体自重应力的影响
3.3围岩重分布应力计算
动壁上的重分布应力
为考察动壁上重分布应力的特点，把0r R =代入上式，得动壁上的重分布应力为
02()cos 2[12(1)cos 2]0r k v k v v r θθσσσσσσθσλλθτ=????=+--=++-????=?? 由上式可知，动壁上的重分布应力具有如下特点：
a ． 动壁上的r 0,0r θτσ==，为单向应力状态；
b ． θσ大小与洞室尺寸0R 无关；
c ． 当h v 0180,3(31);o o v θθσσσλσ==-=-、
d ． 当o
90270o θ=、， h v 3(31)v θσσσλσ=-=-；
e ． 当h =/1/3v λσσ<时，洞顶底将出现拉应力；
f ． 当1/3< λ<3时，θσ为压应力且分布较均匀；
g ． 当λ>3时，洞壁两侧出现拉应力，洞顶底出现较高的压应力集中。 应力集中系数：是指地下洞室开挖后洞壁上一点的应力与开挖前动壁处该点的天然应力的比值。反映了动壁各点开挖前后应力变化情况。
3.6.1围岩岩体破坏类型与特征分析
（1）局部落石破坏：这种破坏主要是由地质和施工原因造成的。围岩自重所造成的
（2）层状岩体张裂折曲破坏：这类岩体常呈软硬岩层相间的互层形式出现。岩体中结构面以层理为主，并有层间错动及泥化层等软弱结构面发育。此类破坏主要受岩层产装及岩层组合等因素控制，其破坏形式有：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓等，
（3）剪切破坏：是由于弱面中的应力超过弱面抗剪强度而造成的，它是软弱围岩中最常见的破坏形式。。主要是由围岩应力和自重引起的，因此破坏部位受原岩应力场及弱面强度、密度、方位和组数支配。采用多种方法组合支护。 （4）岩爆
定义：强度较高且较完整的脆性岩体过度受力F 突然发生岩石弹性变形所引起的围岩压力的现象， 产生条件：1）应力条件：用洞壁的最大环向应力0σ与围岩单压强度c σ的比值来表征用初始应力中的1σ与围岩单轴抗压强度d σ的比值来表征10.165~0.35c
σσ>时，极易发生岩爆。2）岩性条件：当岩性变形能系数ω>70%时会发生岩爆。ω越大，发生岩爆的可能性越大。 影响岩爆的因素：地质构造、洞室埋深。
变形压力：由于支护结构阻止围岩变形，它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形，这种反作用力和围岩松动压力及不相同，他是支护结构与围岩共同变形过程中对支护结构施加
的压力。 防止手段：应力解除，打设超前钻孔或径向应力释放孔来转移掌子面的高地应力或注水降低围岩表面的张力 注水软化，钢纤维喷射混凝土
短进尺，多循环，加强支护，钢拱架，衬砌紧跟，超前地质预报。
围岩分类的目的:从工程实际需求出发,对工程建筑的基础或围岩的岩体进行分类,并根据其好坏进行相应的试验,赋予它比不可少的计算指标系数,以便于合理地设计和采取相应的工程绪论,达到经济、安全、合理的目的。 隧道围岩分级的因素指标及选择
1） 单一的岩性指标：岩石的抗压抗剪、抗拉强度，弹性模量，普氏坚固性系数f=Rb/100，
f=tan ?（松散介质中）抗钻性、抗爆性。缺点是只能表达出岩体特征性的某个方面，。用作分级并不合适
2） 单一的综合岩性指标：a.岩体的弹性纵波传播速度——>的完整性和强度成正比反映出岩
体的力学性质和破坏程度。b.岩体的质量指标（RQD ）——>反映岩体强度和破坏程度 100m RQD=100%u X 岩芯的累计长度钻孔长度
c.围岩的自稳时间：根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度将围岩分为稳定的，易掉块的，极易坍塌的，t=常数X (1)a L
-+ L —未支护地层的长度 ； a —视围堰情况在0~1间变化的参数
3） 符合指标：一个或两个以上的因素综合判定：*m w n n J J RQD Q K RQD J J SPF
==== 5.6混凝土支护结构
1）局部稳定原理：一、冲切破坏计算：喷混凝土若被危石冲切破坏时：
1****/*i R G d R u d R G R u ≤→≥ R —安全系数；
G —危岩自重；d —喷层厚度；i R —喷射混凝土抗拉强度 u —危岩底面周长
2）粘结破坏（撕开作用计算）：当最大拉应力>喷层的计算粘结强度时，就会在接合面上撕开*/*u d R G R u ≥；u R —喷层与岩石之间的计算粘结强度。
5.7使用简化计算方法的限定条件是：1）允许围岩产生一定的内空变位，但不应出现有害松动，因此初期支护的喷混凝土和锚杆应紧跟开挖工作面，及时构筑。
2）应采用薄壁、柔性、可缩、可屈的支护结构，此结构对围岩的容许承载力不必过大。3）考虑支护结构强度时，不应当只考虑锚杆、喷混凝土、钢拱架等支护结构的单独支护效果，还应当考虑由于锚杆、混凝土等支护结构使围岩形成支撑环的支护效果。4）整个计算过程都应当按受剪破坏的条件来计算支护结构对围岩的容许承载力，并对支护结构的容许承载力的总和大于支护结构对围岩壁面施加的约束压应力的最小值作为强度校核的条件。 抗力区：衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成脱离区的趋势，另一部分压紧围岩所形成的区域。 支护结构中常用的挡墙结构有：1）钢板桩2）钢筋混凝土板桩3）钻孔灌注桩排桩挡墙4）H 型钢支柱、木挡板支护挡墙5）地下连续墙6）深层搅拌混凝土桩挡墙7）旋喷桩挡墙8）土钉墙 朗肯土压力的基本假定：1）挡墙背竖直、光滑。墙后砂性填土，且表面水平无限长。3）墙
对破坏楔体无干扰。 衬砌的作用主要表现在：1）衬砌在施工阶段作为隧道施工的支护结构，它保护开挖面以防止土体变形、土体坍塌及泥水渗入，并承受盾构推进时的千斤顶顶力以及其他施工荷载。2）竣工后，衬砌单独或与内衬一起作为隧道永久性支护结构，并防止泥水渗入，同时支撑衬砌结构周围的水土压力以及使用阶段和某些特殊需要的荷载，以满足结构的预期使用要求。3）在水工隧道及通风隧道中要达到一定的光滑和抗腐蚀性的作用，为此常有在外层用装配式衬砌结构，而内里用现浇混凝土内衬。 地下建筑物衬砌结构计算理论的发展可大致分为：a.刚性结构阶段b.弹性结构阶段；c.假定抗力阶段；d.弹性地基梁阶段；e.连续介质阶段；f.数值方法阶段；g.极限优化设计阶段。 目前各国采用的隧道结构设计模型主要分为了如下四类：a.连续体或不连续体模型b.作用—反作用模型；c.收敛约束模型d.工程类比法（经验方法）。
计算 ： 平衡拱理论
该理论认为洞室开挖以后，如不及时支护，洞顶岩体将不断跨落成一个拱形，称塌落拱。这个拱形最初是不稳定，如果侧壁稳定，拱高随塌落不段增高；反之，如侧壁也不稳定，则拱跨和拱高同时增大
图中 拱的方程：22v
x y x R σ=设平衡拱的拱高为h ，半跨为b 则：22v x b R h σ=考虑半拱LO 的平衡，
LO 受x R 、v σ作用，在拱角L 点受反力T 和N 作用。,x v R T Nf b N σ===；1122
x v R Nf bf σ==；/h b f = ；f 为岩体的普氏系数（或称兼顾系数） tan //10m m c f c ?σσ=+≈拱的方程为2/y x fb =；洞侧壁稳定：洞顶围岩压力为LOM 以下岩体的重量22
14()3b b
b b x gb p g h y dx g h dx fb f ρρρ--??=-=-= ????? 计算初期支护所能够提供的支护反力w P 和允许隧道洞壁产生的总径向位移w u
（1）计算喷射混凝土提供的支护阻力s P 和喷层允许洞壁产生的径向位移s u ，
支护阻力按薄壁圆筒计算：2212*2n
n i i i s cs i i a t t P R a =-=∑ 1()n n s s i i i u a t ε==-∑ n —喷层层数；i a 、)i t —第i 层的半径和厚度 cm ；cs R —喷射混凝土的极限抗压强度，一般取10a MP ；s ε—喷射混凝土的极限应变取3%。
（2）砂浆锚杆所提供的支护阻力s P 和它允许洞壁产生的径向位移g u ：***/*g g g g p d l e i πτ= ；g p —锚杆所提供的支护阻力a MP ；g τ—砂浆与围岩间的抗
剪强度，对于软弱围岩，按围岩单轴抗压强度的10%~20%取值；g d —毛孔的直径CM ；g l —锚杆的长度CM ；*e i —锚杆纵横向间距CM ；
()()200(1)(1)*sin *cos sin *cos g g R a u a u u p c p c E a E
??????++=+-+ ???
g R —锚杆约束后围岩的塑性区半径 （3）钢支撑能够提供的支护反力和允许洞壁产生的位移a u 的计算按接受等距离分布集中荷载的薄壁圆筒原理，计算其最大抗力a p 值为
323()(1cos )2s s s
a s s g A I p x as I A a t σθθ=????+-+-????????
地下建筑结构 1地下建筑结构的设计原则:安全适用、技术先进、经济合理。 2 确定地下建筑结构形式的因素: 1)控制因素——受力条件:在一定地质条件下的围岩压力、水土压 力和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构形式。 2)制约因素——使用要求:地下建筑物必须考虑使用要求。 3)重要因素——施工方案:在地质条件和使用条件相同情况下,施 工方法不同其采取的结构形式也不同。 3 围岩压力:是指位于地下结构周围岩土体发生变形或破坏,作用 在衬砌结构或支撑结构上的压力。是作用在地下结构的主要荷载。 4 围岩压力的影响因素 ①围岩的结构;②围岩的强度;③地下水的作用;④洞室的尺寸与形状; ⑤支护的类型和刚度;⑥施工方法;⑦洞室的埋置深度;⑧支护时间; ⑨其他因素 5 地下结构与地面结构区别: (1)地下结构存在地层弹性抗力,其变形受到地层的约束;而地面结 构的变形不受介质约束;
(2)地下结构存在地层弹性抗力,结构的受力条件得以改善,其承载力有所增加4、初始地应力由自重应力和构造应力两部分组成。 6 当地下结构产生压向地层的变形,由于结构与岩土体紧密接触,则岩土体将制止结构的变形,从而产生了对结构的反作用力,即弹性抗力。 7 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。 8 弹性地基梁与普通梁的两大区别: (1)超静定次数是无限还是有限 普通梁只在有限个支座处与基础相连,梁所受的支座反力是有限个未知力,因此,普通梁是静定的或有限次超静定的结构。 弹性地基梁与地基连续接触,梁所受的反力是连续分布的,具有无穷多个支点和无穷多个未知反力,因此,弹性地基梁是无穷多次超静定结构。 (2)地基的变形是考虑还是略去 普通梁的支座通常看作刚性支座,即略去地基的变形,只考虑梁的变形。 弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形;梁与地基是共同变形的;一方面梁给地基以压力,使地基沉陷,反过来,地基给梁以相反的压力,限制梁的位移。
同济大学地下建筑结构复习 1 绪论 1.1简述地下建筑结构的概念及形式 地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。包括衬砌结构和内部结构两部分。要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。根据地质情况差异可分为土层和岩层内的两种形式。 土层地下建筑结构分为1.浅埋式结构2.附建式结构3.沉井（沉箱）结构4.地下连续墙结构5.盾构结构6.沉管结构7其他如顶管和箱涵结构。 岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形，还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。 1.2简述地下建筑结构设计程序及内容 设计工作一般分为初步设计和技术设计两个阶段 初步设计主要内容：1.工程等级和要求，以及静、动荷载标准的确定2.确定埋置深度和施工方法3.初步设计荷载值4.选择建筑材料5.选定结构形式和布置6.估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸7.绘制初步设计结构图8.估算工程材料数量及财务概算 技术细节主要内容：1.计算荷载2.计算简图3.内力分析4.内力组合5.配筋设计6.绘制结构施工详图7材料、工程数量和工程财务预算 2 地下建筑结构的荷载 2.1地下建筑荷载分哪几类？ 按其存在的状态，可以分为静荷载、动荷载和活荷载等三大类 2.2简述地下建筑荷载的计算原则 需进行最不利情况的组合，先进性个别荷载单独作用下的结构各部件截面内力，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。 2.3土压力可分为几种形式？其大小关系如何？ 土压力分为静止土压力E0、主动土压力力Ea 被动土压力Ep,则Ep>E0>Ea 2.4静止土压力是如何确定的？ 在挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移，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。静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态求解。 2.5库仑理论的基本假设是什么？并给出其一般土压力计算公式。 基本假设：1)挡土墙墙后土体为均质各向同性的无黏性土2）挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题3）挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力
地下建筑结构复习资料 一、名词解释： 1、衬砌：沿洞室周边修建的永久性支护结构； 2、围岩压力：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； 3、底层弹性抗力：地下建筑结构除承受主动荷载作用外，还承受的一种被动荷载； 4、附建式地下结构：根据一定的防护要求修建的附属于较坚固的建筑物的地下室，又 称“防空地下室”或“附建式人防工事”； 5、沉井和沉箱：不同断面形状（如圆形，矩形，多边形等）的井筒或箱体，按边排土 边下沉的方式使其沉入地下，即沉井和沉箱； 6、喷锚支护：由喷混凝土、锚杆、钢筋网组成的喷锚联合支护或喷锚网联合支护。 二、填空： 1、土层地下建筑结构的形式有：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、沉管结构和其他结构； 2、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； 3、地下建筑结构设计方法的设计模型：荷载—结构模型、地层—结构模型、经验类比 模型、收敛限制模型； 4、浅埋式结构和深埋式结构最根本的区别是是否满足压力拱成拱条件； 5、浅埋式建筑工程常采用明挖法施工； 6、浅埋式结构的形式有：直墙拱形结构、矩形框架和梁板式结构； 7、支托框架结构中支托的作用是防止应力集中； 8、受力钢筋的保护层最小厚度比地面结构增加5~10mm； 9、变形缝的构造方式主要有：嵌缝式、贴附式、埋入式； 10、附建式地下结构的形式有：梁板结构、板柱结构、箱型结构和其他结构； 11、防空地下室口部结构的形式有：阶梯式、竖井式； 12、沉井的构造分为：井壁（侧壁），刀脚，内隔墙，封底和顶盖板，底梁和框架； 13、地下连续墙接头分为：施工接头、结构接头； 14、封顶块拼装形式有：径向楔入、纵向插入； 15、圆环管片的拼装形式有：通缝、错缝； 16、管片接头的两种类别：纵向接头（沿接头面平行于纵轴）、环向接头（接头面垂直 于纵轴）； 17、每个衬砌管片上注浆孔设置一个或一个以上； 18、沉管基础处理的方法有：先铺法、后填法； 19、基坑围护结构可分为桩（墙）式和重力式两类体系； 20、中继环构造包括短冲程千斤顶组（冲程为150~300mm，规格、性能要求一致），液 压、电器和操作系统，壳体与千斤顶紧固件、止水密封圈，承压法兰片； 三、简答题： 1、地下建筑结构的优缺点有哪些？ 答：优点：⑴被限定的视觉影响 ⑵地表面开放空间 ⑶有效的土地利用 ⑷有效的往来和输送方式 ⑸环境和利益
第一章：概论 1.地下建筑结构的概念。 地下建筑结构——埋置地层内部的结构 衬砌——与土层接触的永久性支护结构承重、维护作用 2.结构形式选择考虑的因素： 答：1、使用功能；2、地质条件；3、施工技术 第二章：地下建筑结构的荷载 1、概念： 主动土压力：当挡土结构向离开土体方向偏移时，使墙后土体的应力状态达到主动极限平衡状态时填土作用于墙背的土压力。 被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移挤压填土至其达到极限平衡状态时作用于墙背上的土压力。 静止土压力：挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移，背后填土处于弹性平衡状态，此时作用在结构上的侧向土压力称为静止土压力。 围岩压力：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。 普氏压力拱理论：洞室开挖后如不及时支护，洞顶岩土将不断垮落而形成一个拱形，又称塌落拱。其最初不稳定，若洞侧壁稳定，则拱高随塌落不断增高，如侧壁不稳定，则拱高和拱跨同时增大。当洞的埋深较大时塌落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。地层弹性抗力：结构变形使土体被动受力时，土对结构的产生的反作用力。决定于结构的变形和地层的物理力学性质。 2.水土压力计算方法：郎肯土压力计算公式，考虑地下水时水土压力计算方法和计算图式。 3．（了解）按松散体理论对浅埋结构与深埋结构的划分，浅埋结构和深埋结构垂直围岩压力的计算方法。 4 .土层弹性抗力的计算理论：局部变形和共同变形理论要点。 局部变形理论：Winkler模型，认为地层的弹性抗力与变为成正比。 共同变形理论：弹性半无限空间模型，弹性地基上一点的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。 第四章：浅埋式结构 1.概念：浅埋式结构 浅埋式结构:覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件，或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。 2.了解浅埋式结构形式和特点。 （1）直墙拱：从结构受力分析看，拱形结构主要承受轴向压力，其中弯矩和剪力都较小。所以一些砖、石和混凝土等抗压性能良好，而抗拉性能又较差的材料在拱形结构中得以充分发挥其材料的特性。 （2）矩形闭合框架：用在跨度大、整体性和防护等级高地下结构中，空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工。分为： 1）单跨矩形闭合框架 2）双跨和多跨的矩形闭合框架 3）多层多跨的矩形闭合框架 （3）梁板式结构
1.3地下建筑工程的特点: 1)工程受力特点不同:地面是先有结构后有荷载,地下结构是先有荷载后有结构 2)工程材料特性的不确定性:空间上不确定,时间上不确定性 3)工程荷载的不确定性 4)破坏模式的不确定性 5)地下建筑工程信息的不完备性和模糊性 6)地下支护结构形式的多样性 1.4地下支护结构的类型: 地下支护结构有:临时支护结构和永久支护结构 支护结构的两个最基本使用要求:一是满足结构强度、刚度要求，以承受诸如水、围岩压力以及一些特殊使用要求的外荷载；二是提供一个能满足使用要求的工作环境，以便保持隧道内部的干燥和清洁。 （1）按设计与施工要求分类 地下建筑结构分为： 1）整体浇注结构：施工时，将地下支护结构整体现浇，一次性施工完成，形成整体型承载结构体。 2）锚喷支护结构：由锚杆、喷射混凝土结构组成的支护结构体 3）复合式衬砌结构：该结构由初期支护结构（锚喷支护）和二次衬砌组成，是应用新奥法理论产生的支护结构，也是我过目前钻爆法中应用最广范的支护结构。 4）管片支护结构：该结构是盾构法或掘进机法施工中最常用的支护结构，环状结构由数个管片组成环形闭合承载结构体。 （2）按用途与功能分为：交通隧道、水工隧道、矿山隧道、城市地下建筑结构、地下工厂、基坑工程、军事与国防工程 2.1地下岩体结构类型： 岩体结构：是指岩体中结构面与结构体的排列组合关系 结构体：是指岩体中被结构面切割围限的岩石块体 结构体常见形状：柱状、板状、楔形、菱形， 2.1.2岩体结构类型： 1)整体与块状结构 2)层状结构 3)碎裂状结构 4）散体状结构 2.2结构面类型与特征 岩体结构面：是指岩体内开裂的和易开裂的面如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。 2.2.1结构面的类型和特征 （1）岩体中结构面的种类： 岩体中有三种结构面： （1）原生结构面：又称成岩结构面，它是在成岩过程中形成的结构界面如：岩浆岩的流层、流纹、冷却、胀缩裂隙及侵入接触面；沉积岩的层理层面、龟裂；变质岩的片理、板理。（2）次生结构面：又称风化结构面、非构造结构面，是岩石受外动力地质作用（风、水、生物等）产生的，如由风化产生的风化裂隙等， （3）构造结构面：指各类岩体在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层、层间错动等 2.4.3结构面的强度特性：
地下建筑结构复习第一章绪论 1.1简述地下建筑结构的概念及形式:地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。包括衬砌结构和内部结构两部分。要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。根据地质情况差异可分为土层和岩层内的两种形式。土层地下建筑结构分为①浅埋式结构②附建式结构③沉井(沉箱)结构④地下连续墙结构⑤盾构结构⑥沉管结构⑦其他如顶管和箱涵结构。岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形，还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。 1.2简述地下建筑结构设计程序及内容:设计工作一般分为初步设计和技术设计两个阶段;初步设计主要内容:①工程等级和要求,以及静、动荷载标准的确定②确定埋置深度和施工方法③初步设计荷载值④选择建筑材料⑤选定结构形式和布置⑥估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸⑦绘制初步设计结构图⑧估算工程材料数量及财务概算。技术细节主要内容:①计算荷载②计算简图③内力分析④内力组合⑤配筋设计⑥绘制结构施工详图⑦材料、工程数量和工程财务预算 1.3地下建筑结构的优缺点有哪些:优点①被限定的视觉影响②地表面开放空间③有效的土地利用 ④有效的往来和输送方式⑤环境和利益⑥能源利用的节省和气候控制⑥地下的季节湿度的差异⑧自然灾害的保护⑨市民防卫⑩安全⑾噪声和震动的隔离⑿维修管理缺点①获得眺望和自然采光机会有限②进入和往来的限制③能源上的限制 1.4地下建筑结构的工程特点:①建筑结构替代了原来的地层(承载作用)②地层荷载随施工过程是发生变化的③地质条件影响地层荷载④地下水准结构设计影响大④设计考虑施工、使用的整个阶段⑤地层与结构共同的承载体系⑥地层的成拱效应 1.5地下建筑地下建筑结构地上建筑区别:计算理论设计和施工方法不同，地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂,因为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。第二章地下建筑结构的荷载 2.1地下建筑荷载分哪几类:按其存在的状态,可以分为静荷载（结构自重，岩土体压力）、 动荷载（地震波，爆炸产生冲击）和活荷载（人群物件和设备重量,吊车荷载）三大类 2.2简述地下建筑荷载的计算原则:需进行最不利情况的组合,先进性个别荷载单独作用下的结构
地下建筑结构复习 第一章绪论 1、1简述地下建筑结构的概念及形式:地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。包括衬砌结构与内部结构两部分。要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件与施工技术等因素确定。根据地质情况差异可分为土层与岩层内的两种形式。土层地下建筑结构分为①浅埋式结构②附建式结构③沉井(沉箱)结构④地下连续墙结构⑤盾构结构⑥沉管结构⑦其她如顶管与箱涵结构。岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形,还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。 1、2简述地下建筑结构设计程序及内容:设计工作一般分为初步设计与技术设计两个阶段;初步设计主要内容:①工程等级与要求,以及静、动荷载标准的确定②确定埋置深度与施工方法③初步设计荷载值④选择建筑材料⑤选定结构形式与布置⑥估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸⑦绘制初步设计结构图⑧估算工程材料数量及财务概算。技术细节主要内容:①计算荷载②计算简图③内力分析④内力组合⑤配筋设计⑥绘制结构施工详图⑦材料、工程数量与工程财务预算 1、3地下建筑结构的优缺点有哪些:优点①被限定的视觉影响②地表面开放空间③有效的土地利用④有效的往来与输送方式⑤环境与利益⑥能源利用的节省与气候控制⑥地下的季节湿度的差异⑧自然灾害的保护⑨市民防卫⑩安全⑾噪声与震动的隔离⑿维修管理缺点①获得眺望与自然采光机会有限②进入与往来的限制③能源上的限制 1、4地下建筑结构的工程特点:①建筑结构替代了原来的地层(承载作用)②地层荷载随施工过程就是发生变化的③地质条件影响地层荷载④地下水准结构设计影响大④设计考虑施工、使用的整个阶段⑤地层与结构共同的承载体系⑥地层的成拱效应 1、5地下建筑地下建筑结构地上建筑区别:计算理论设计与施工方法不同,地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂,因为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与变形。 第二章地下建筑结构的荷载 2、1地下建筑荷载分哪几类:按其存在的状态,可以分为静荷载(结构自重,岩土体压力)、动荷载(地震波,爆炸产生冲击)与活荷载(人群物件与设备重量,吊车荷载)三大类 2、2简述地下建筑荷载的计算原则:需进行最不利情况的组合,先进性个别荷载单独作用下的结构各部件截面内力,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。 2、3土压力可分为几种形式？其大小关系如何:土压力分为静止土压力E0、主动土压力力Ea、被动土压力Ep,则Ep>E0>Ea 2、4静止土压力就是如何确定的:在挡土结构在土压力作用下,结构不发生变形与任何位移,
一、填空题（共32分，每空2分） 1.地下建筑分为两大类：一类是修建在___________地下建筑；另一类是修建在___________地下建筑。 2.弹性地基梁可分为___________、___________、___________等三大类。 3.初始地应力一般包括___________和___________。 4.基坑支护结构通常可分为___________和___________两大类。 5.喷锚支护的主要作用是__________。 6.直墙拱结构一般由__________、__________和__________组成。 7.按顶管管道内径大小可分为__________、__________和__________三种。 二、名词解释题（共12分，每题3分） 1.地下建筑结构： 2.重合墙： 3.端墙式洞口： 4.半衬砌结构： 三、单选题（共6分，每题2分） 1.穹顶直墙衬砌分离式结构主要用于无水平压力或水平压力较小的围岩中，（）验算环墙的强度 A. 必须 B.不需 C.根据情况决定是否需要 2.半衬砌结构包括半衬砌结构和（）衬砌结构。 A.厚拱薄墙 B.直墙拱形 C.曲墙 D.复合 3.根据我国管道施工的实际情况，中口径顶管一般指介于（）口径范围的顶管。 A.500-800mm B.800-1800mm C.1800-2500mm 四、简答题（6分） 地下连续墙设计计算的主要内容包括哪些方面？ 五、问答题（共24分，每题8分） 1.顶管技术可用于哪些特殊地质条件下的管道工程？ 2.结合基本建设修建防空地下室与修建单建式工事相比有哪些优越性？ 3.在进行地下建筑结构工程可靠性分析时，应考虑哪些主要方面？ 六、计算题（20分） 验算大型圆形沉井的“抗浮系数”。 已知沉井直径D=68m，地板浇毕后的沉井自重为650100KN，井壁土壤间摩擦力f0=20KN/㎡，5m内按三角形分布，沉井入土深度为h0=26.5m，封底时的地下水静水头H=24m。
第一章 衬砌结构的作用：承重和围护。 结构形式影响因素：受力条件、使用要求、施工方案。 结构形式：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、桥梁基础结构、其他结构。 拱形结构的优点： 1.地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。因此，拱形结构就受力性能而言 比平顶结构好。 2.拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求， 并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。 3.拱主要是承压结构。适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料 构筑。材料造价低，耐久性良好，易维护。 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。 岩石地下建筑结构形式 （一）拱形结构：1．贴壁式拱形结构：（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构 （二）喷锚结构 （三）穹顶结构 （四）连拱隧道结构 （五）复合衬砌结构 第二章 荷载种类： 静荷载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。 动荷载：原子武器和常规武器的爆破冲击波；地震波作用下的动荷载。 活荷载：指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。其他荷载：混凝土收缩、温度变化、结构沉降、装配误差等。 按其作用特点及使用中可能出现的情况分为以下三类：永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载。 软土地区浅埋地下工程采用“土柱理论”进行计算。 第三章 弹性地基梁与普通梁的区别： 1.超静定的次数是有限，还是无限。 2.普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形；弹性地基梁必 须同时考虑地基的变形。 第四章 国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型： 1.以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；
《地下建筑结构》课程教学大纲 课程编号：031190 学分：3 总学时：51 大纲执笔人：张子新大纲审核人：丁文其
一、课程性质与目的 《地下建筑结构》是土木工程专业限定选修课，是从事地下建筑工程设计与施工的专业课程。 通过本课程的学习，使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。
二、课程基本要求 通过学习，学生在掌握地下建筑结构理论和应用知识方面应该达到如下要求：（其中基础理论部分为必须达到；工程应用部分因工程类型繁多，可根据实际需要按课内学时分配表选用。
1、了解地下建筑结构的概念和作用，熟悉土层和岩石中地 下结构的常见结构形式和结构设计的一般程序与内容； 2、了解土层和岩石地下衬砌结构的荷载，了解结构弹性抗 力的概念和计算理论，掌握常见荷载的计算方法和弹性抗力的局部变形理论计算方法。 3、了解地道式结构适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的 设计计算内容和方法； 4、了解地层与地下结构共同作用的概念、分析原则和工程 应用。
1、了解各种隧道结构的适用环境和构造，掌握拱形衬砌结 构的设计计算内容和方法。 2、了解浅埋式地道结构的形式、构造特点。掌握矩形框架 结构的分析与设计方法。 3、了解附建式地下结构（地下室）的结构选型和设计计算 内容，掌握常见地下室结构的设计计算方法。 4、了解盾构隧道和顶管隧道的功能和适用环境，了解顶管 结构的设计计算内容和方法，掌握盾构隧道结构的设计
计算方法和构造要求。 5、了解沉井、沉管结构的类型和特点，了解沉管结构的设 计计算内容和方法，掌握沉井结构的设计计算和构造处理。 6、了解喷锚结构的概念和设计计算方法，熟悉新奥法的原 理和实际运用。 7、了解基坑工程围护结构的主要类型和构造。掌握水泥 土、地下连续墙等围护结构的设计方法。掌握支撑体系的设计方法。
地下建筑结构个人总结（一二章） 第一章地下建筑结构的概念、作用和形式 1.地下建筑结构的概念 地下建筑是修建在地层中的建筑物。它可以分为两大类：修建在土层中和修建在岩层中的。广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的，如上部结构是修建在空气介质中，地下建筑结构一般修建在土层中、岩层中或水中。 本学科所要研究的所有问题都可归为“结构与介质的相互作用问题”。 2.地下建筑结构的作用 地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构。按照使用要求在地层中挖掘洞室 沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌结构。内部结构与地面建筑的设计基本相同 作用：衬砌结构主要是起承重和围护作用。 承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。注：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。计算理论上最主要差别：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。 3.地下建筑结构的型式 （1）首先由受力条件控制，即在一定地质的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构型式；其次由地下建筑的功能要求和施工技术要求等确定。（2）主要有： 土层地下建筑结构型式 ? 浅埋式结构：平面成方形或长方形，当顶板做成平顶时，常用梁板式结构。地下指挥所 可以采用平面呈条形的单跨或多跨结构。为节省材料，顶部可做成拱形。 ? 附建式结构：是房屋下面的地下室，一般有承重的外墙、内墙（地下室作为大厅用时则 为内柱）和板式或梁板式顶底板结构。 ? 沉井结构：沉井施工时需要在沉井底部挖土，顶部出土，故施工时沉井为一开口的井筒 结构，水平断面一般做成方形，也有圆形，可以单孔也可以多孔，沉毕后再做底顶板。 ? 地下连续墙结构：先建造两条连续墙，然后在中间挖土，修建底板、顶板和中间楼层。 ? 盾构结构：盾构推进时，以圆形为最宜，故常采用装配式圆形衬砌，也有做成方形和半 圆形的。
第16周周5第3,4节教3-A102 填：1*30名：4*5简：6*5计：1*20 第一章：概论 1.地下建筑结构的概念。 地下建筑结构——埋置地层内部的结构 衬砌——与土层接触的永久性支护结构承重、维护作用 内部结构——同地面建筑（与之区别） 2.地下建筑结构的工程特点： 答：建筑结构替代了原来的地层（承载作用） 地层荷载随施工过程是发生变化的 地质条件影响地层荷载 地下水碓结构设计影响大 设计考虑施工、使用的整个阶段 地层与结构共同的承载体系 地层的成拱效应 3.地下建筑结构的设计程序和内容 答：设计程序：初步设计技术设计 初步设计的步骤：1.找到主题2.依据主题3.用途设计模式4.收集资料5.整理分析资料6.摆出多种界面7.设计出多种思路8. 选出合适的设计模式。 初步设计内容： （一）工程等级和要求，以及静、动载标准的确定； （二）确定埋置深度与施工方法； （三）初步设计荷载值； （四）选择建筑材料； （五）选定结构形式和布置； （六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度主要尺寸； （七）绘制初步设计结构图； （八）估算工程材料数量及财务概算。 技术设计内容： （一）计算荷载：求出作用在结构上的各种荷载值； （二）计算简图：拟定出恰当的计算图式； （三）内力分析：得出控制截面的内力； （四）内力组合：求出各控制截面的最大设计内力值； （五）配筋设计：得出受力钢筋，确定分布钢筋与架立钢筋； （六）绘制结构施工详图：结构平面图，结构构件配筋图，节点详图，内部设备的预埋件图； （七）材料，工程数量和工程财务预算。 第二章：地下建筑结构的荷载 概念： 主动土压力： 被动土压力： 静止土压力： 围岩压力：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。 普氏压力拱理论： 地层弹性抗力：结构变形使土体被动受力时，土对结构的产生的反作用力。决定于结构的变形和地层的物理力学性质。 1.水土压力计算方法：郎肯土压力计算公式，考虑地下水时水土压力计算方法和计算图式。 2.（了解）按松散体理论对浅埋结构与深埋结构的划分，浅埋结构和深埋结构垂直围岩压力的计算方法。 3.土层弹性抗力的计算理论：局部变形和共同变形理论要点。
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 t q 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。
衬砌结构主要是起承重和围护作用。承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。 土层地下建筑结构型式:（一）浅埋式结构：（二）附建式结构：（三）沉井结构（四）地下连续墙结构：（五）盾构结构（六）沉管结构：（七）桥梁基础结构（八）其它结构：还包括顶管结构和箱涵结构等 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。计算理论上最主要差别：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。 岩石地下建筑结构形式:主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。 （一）、拱形结构 1．贴壁式拱形结构 （1）半衬砌结构 （2）厚拱薄墙衬砌结构 （3）直墙拱形衬砌 （4）曲墙拱形衬砌结构 2．离壁式拱形衬砌结构 （二）喷锚结构 （三）穹顶结构 （四）连拱隧道结构 （五）复合衬砌结构 最常用的是拱形结构，具有以下优点：（一）地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好（二）拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。（三）拱主要是承压结构。适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。材料造价低，耐久性良好，易维护。 普氏压力拱理论：洞室开挖后如不及时支护，洞顶岩土将不断垮落而形成一个拱形，又称塌落拱。其最初不稳定，若洞侧壁稳定，则拱高随塌落不断增高，如侧壁不稳定，则拱高和拱跨同时增大。当洞的埋深较大时塌落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。 荷载种类:按存在状态分为静荷载、动荷载和活荷载;按其作用特点:永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载. 水土压力分算：砂性土和粉土.水土压力合算：粘性土 围岩压力是指位于地下结构周围变形及破坏的岩层，作用在衬砌或支撑上的压力。 围岩压力可分为围岩垂直压力、围岩水平压力及围岩底部压力。 影响围岩压力的因素:主要与岩体的结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸与形状、支护的类型和刚度、施工方法、洞室的埋置深度和支护时间等相关。岩体稳定性的关键在于岩体结构面的类型和特征。确定围岩压力的方法:工程类比法,理论计算,现场实测 围岩压力的计算方法:1、按松散体理论计算围岩压力1）垂直围岩压力①浅埋结构上的垂直围岩压力②深埋结构上的垂直围岩压力(普氏理论,抛物线状的天然拱) 2）水平围岩压力3）底部围岩压力2、按弹塑性体理论计算围岩压力芬诺公式3、按围岩分级和经验公式确定围岩压力 初始地应力一般包括自重应力场和构造应力场.自重地应力可由有限元法求得，构造地应力可由位移反分析方法确定.时间效应：Ⅳ级以下围岩一般呈现塑性和流变特性 喷层将受到来自围岩的挤压力。这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力” 释放荷载等效结点力的求法：一：根据结点力静力等效原则——单元应力法.二：洞周边界等效结点力法 弹性抗力大小和作用范围的描述方法1）局部变形理论2）共同变形理论 文克尔假定的局部变形理论:假定围岩在某点的弹性抗力和围岩在该点的变形成正比 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。 弹性地基梁与普通梁的区别：1弹性地基梁是无穷多次超静定结构。普通梁是静定的或有限次超静定的结构超静定次数是无限还是有限，这是它们的一个主要区别。2普通梁的支座通常看作刚性支座，弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形。地基的变形是考虑还是略去，这是它们的另一个主要区别。
1地下建筑结构的设计原则：安全适用、技术先进、经济合理。 2 确定地下建筑结构形式的因素： 1）控制因素——受力条件：在一定地质条件下的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等动载下求出最合理和经济的结构形式。 2）制约因素——使用要求：地下建筑物必须考虑使用要求。 3）重要因素——施工方案：在地质条件和使用条件相同情况下，施工方法不同其采取的结构形式也不同。 3 围岩压力：是指位于地下结构周围岩土体发生变形或破坏，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。是作用在地下结构的主要荷载。 4 围岩压力的影响因素 ①围岩的结构；②围岩的强度；③地下水的作用；④洞室的尺寸与形状； ⑤支护的类型和刚度；⑥施工方法；⑦洞室的埋置深度；⑧支护时间； ⑨其他因素 5 地下结构与地面结构区别： （1）地下结构存在地层弹性抗力，其变形受到地层的约束；而地面结构的变形不受介质约束； （2）地下结构存在地层弹性抗力，结构的受力条件得以改善，其承载力有所增加4、初始地应力由自重应力和构造应力两部分组成。 6 当地下结构产生压向地层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构的变形，从而产生了对结构的反作用力，即弹性抗力。 7 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。 8 弹性地基梁与普通梁的两大区别： （1）超静定次数是无限还是有限 普通梁只在有限个支座处与基础相连，梁所受的支座反力是有限个未知力，因此，普通梁是静定的或有限次超静定的结构。 弹性地基梁与地基连续接触，梁所受的反力是连续分布的，具有无穷多个支点和无穷多个未知反力，因此，弹性地基梁是无穷多次超静定结构。 （2）地基的变形是考虑还是略去 普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形。 弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形；梁与地基是共同变形的；一方面梁给地基以压力，使地基沉陷，反过来，地基给梁以相反的压力，限制梁的位移。 9新奥法：是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。 10 在隧道拱顶，其变形背向围岩，不受围岩的约束而自由地变形，这个区域称为“脱离区”。 11 在隧道的两侧及底部，结构产生朝向围岩的变形，受到围岩的约束作用，因而围岩对隧道衬砌结构产生了约束反力(弹性抗力)，这个区域称为“抗力区”。 12 新奥法施工应遵循的基本技术原则： 地下结构施工必须遵循的基本技术原则是： (1) 因为围岩是地下结构的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩； (2) 为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形； (3) 变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的； (4) 在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计； (5) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段； (6) 要特别注意，地下结构施工过程是围岩力学状态不断变化的过程；
地下建筑结构试题卷参考答案及评分标准………………装…………………订……………线……………… 考试科目：地下建筑结构考试方式：开卷试卷类型： 系部：建工系专业班级：土木工程1102 1103班学期：2014-2015学年第一学期 一、问答题 1.简述地下建筑结构的概念及其形式10s 概念：地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构，通常包括在地下开挖的各种隧道与洞室。 2s 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 2s 土层地下建筑结构: 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:其他结构如顶管结构和箱涵结构 2s 岩石地下建筑结构: (一) 拱形结构: 1.贴壁式拱形结构。 半衬砌结构;厚拱薄墙衬砌结构;直墙拱形衬砌结构;曲墙拱形衬砌结构
2.离壁式拱形衬砌结构 2s (二)喷锚支护; (三)穹顶结构 (四)连拱衬砌结构; (五)复合衬砌结构 2s 2.简述衬砌的结构形式、特点及适用条件12s 1).就地灌注整体式混凝土衬砌 1s 适用于矿山法施工，日围岩可以在短时间内稳定，也通用于采用明挖法施工的衬砌形式。衬砌的表面整齐美观，进度快．质量容易控制。模筑衬砌包括砖石衬砌、片石混凝土衬砌、钢筋混凝土和整体的混凝土衬砌。 2s 2). 锚喷支护 1s 常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时施设．因此．能有效地限制洞周位移保护作业人员的安全，避免局部产生过大的变形。由于其为柔性结构，能有效地利用围岩的自承能力维持洞室稳定，其受力性能由于整体式衬砌。 2s 3). 预制拼装衬砌 1s 拼装衬砌由预制构件在现场拼装而成，一般为圆形，主要用于盾构法〔TBM )施工的隧道。其支护特点有坚实稳固、作用快。 2s 4). 复合式衬砌 1s
第 1 章绪论 1、地下建筑结构是修建在地层中的建筑物。它可以分为两大类：一类是修建在土层中的；一类是修建在岩层中的；广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的 2、地下建筑结构的作用 （1）地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构。修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中挖掘洞室，然后沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌结构。而内部结构与地面建筑的设计基本相同 （2）作用：衬砌结构主要是起承重和围护两方面的作用。承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载的作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。 3、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、掌握地下建筑结构所承受的荷载类型及其组合原则。 按存在状态可分为：静荷载、动荷载和活荷载等 静荷载：又称恒载。是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载，如结构自重、岩土体压力和地下水压力等； 动荷载：要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载，这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计时，应计算地震波作用下的动荷载作用 活荷载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化，如地下建筑物内部的楼地面荷载（人群物件和设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。地面附近的堆积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程中的临时性荷载 其它荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中，除有以上主要荷载的作用外，通常还有：混凝土材料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）受到约束而产生的内力； 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。最不利的荷载组合一般有以下几种情况： （一）静载； （二）静载+活载； （三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹动载） 2、库伦理论的基本假定 ①挡土墙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挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面为通过墙踵的平面； ④墙顶处土体表面可以是水平面，也可以为倾斜面，倾斜面与水平面的夹角为角； ⑤在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件
地下建筑结构的发展趋势与新型式
地下建筑结构的发展趋势与新型式 及其带来的机遇和挑战 世界人口不断增长，但是地球的陆地空间却随着温室效应造成的海平面上升而变得越来越小，人们为了获得更加广阔的生存空间，在不断地开发新的建筑结构，创造更广阔的空间。为了实现拓展空间的目标，我们首先想到的就是把房子盖高一点，由此各国的高层建筑像雨后春笋一样拔地而起，世界第一的迪拜哈利法塔更是达到了惊人的828米，虽然从理论上说我们可以建造更加高耸的建筑，但是考虑到安全性和便利性，一味地向上发展不是一个最优化的解决方案。考虑问题有时要拥有逆向思维，向上发展有瓶颈，很自然地我们会想到向下发展，开发地下空间，虽然从建筑和设计难度都高于地上结构，但是它可以提供更加独立稳定的环境，所以对地下建筑空间的开发是值得尝试和探索的。有人说21世纪是地下空间的世纪，改革开放以后，我国经济飞速发展，而城市作为社会经济发展的沃土，吸引着大量劳动力在城市落脚生活，但是城市的空间是有限的，这就造成了城市人口拥挤的问题，为了满足经济的发展，城市在不断地扩张，像摊大饼一样，城市愈来愈大，随之而来的便是交通拥挤问题。为了解决这些困扰已久的城市病，我们迫不及待地开发地下空间。 国际经验表明，人均GDP达到5000美元时，地下空间将进入黄金开发期。我国经济增长连续多年高位运行，已使北京、上海、广州、深圳等许多城市的人均GDP远超5000美元。我国许多城市已进入地下空间开发利用时期，并且经济的高速运行也使得这些大城市患上了严重的城市病，是到了大力发展地下工程，提高城市运营管理水平的时候了。 首先要面临的就是交通问题，每天几千万的人口出行就是个很棘手的问题，如何给市民提供一种方便便捷的公共交通方式是最优化的解决方案，早在1843年英国人皮尔逊就想到了一种方便又快捷的方案那就是修建城市地铁系统。当时他为伦敦市设计了世界上最早的城市地铁系统，由于种种原因，10年后，英国议会才批准在法林顿和主教路之间修一条长不足6公里的地铁。经过近十年的建设，地铁初具规模。1863年1月，“大都会地区铁路”正式开始营业。伦敦大都会铁路开通。第一年这条铁路运送了950万人次的旅客。由于当时电力尚