简述围岩压力计算的两种理论方法二者有何区别

《地下建筑结构》习题

1、盾构法隧道衬砌管片形式有哪些？举出三种常见类型并简述其各自特点和使用条件？

2、地下连续墙结构作为围护结构和主体结构一部分的设计计算有何不同之处？

3、试述荷载结构法、地层结构法的基本含义和主要区别。

4、浅埋式结构的适用场合。

5、简述沉井结构与沉箱结构的特点及其应用范围。

6、简述附建式结构的口部设计的重要性及其特点。

7、何谓附建式结构？附建式结构的形式、用途及特点有哪些？

8、试述地下连续墙结构的优点及适用条件。

9、地下连续墙结构包括哪些设计内容？

10、简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？

11、简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？

12、盾构法隧道衬砌结构的防水、抗渗都可以采取哪些措施？

13、沉管法结构的适用条件如何？它与盾构法隧道结构相比有何优点？

14、简述复合结构承载机理。

15、简述直墙拱结构的受力特征及计算方法。

土压力计算方法.

第五章土压力计算 本章主要介绍土压力的形成过程，土压力的影响因素；朗肯土压力理论、库仑土压力理论、土压力计算的规范方法及常见情况的土压力计算；简要介绍重力式挡土墙的设计计算方法。 学习本章的目的：能根据实际工程中支挡结构的形式，土层分布特点，土层上的荷载分布情况，地下水情况等计算出作用在支挡结构上的土压力、水压力及总压力。 第一节土压力的类型 土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。 一、土压力的分类 作用在挡土结构上的土压力，按挡土结构的位移方向、大小及土体所处的三种平衡状态，可分为静止土压力E o，主动土压力E a和被动土压力E p三种。 1．静止土压力 挡土墙静止不动时，土体由于墙的侧限作用而处于弹性平衡状态，此时墙后土体作用在墙背上的土压力称为静止土压力。 2．主动土压力 挡土墙在墙后土体的推力作用下，向前移动，墙后土体随之向前移动。土体内阻止移动的强度发挥作用，使作用在墙背上的土压力减小。当墙向前位移达主动极限平衡状态时，墙背上作用的土压力减至最小。此时作用在墙背上的最小土压力称为主动土压力。 3．被动土压力 挡土墙在较大的外力作用下，向后移动推向填土，则填土受墙的挤压，使作用在墙背上的土压力增大，当墙向后移动达到被动极限平衡状态时，墙背上作用的土压力增至最大。此时作用在墙背上的最大土压力称为被动土压力。 大部分情况下作用在挡土墙上的土压力值均介于上述三种状态下的土压力值之间。 二、影响土压力的因素 1．挡土墙的位移 挡土墙的位移（或转动）方向和位移 量的大小，是影响土压力大小的最主要的因 素，产生被动土压力的位移量大于产生主动 土压力的位移量。 2．挡土墙的形状 挡土墙剖面形状，包括墙背为竖直或是 倾斜，墙背为光滑或粗糙，不同的情况，土压力的计算公式不同，计算结果也不一样。 3．填土的性质 挡土墙后填土的性质，包括填土的松密程度，即重度、干湿程度等；土的强度指标内摩擦角和粘聚力的大小；以及填土的形状（水平、上斜或下斜）等，都

1围岩压力计算

1围岩压力计算 深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按等效荷载高度计算公式 如下：H P =（2~2.5） q h 式中: H p ——隧道深浅埋的分界高度； h q ——等效荷载高度， q h= q γ ； q——垂直均布压力(kN/m2)； γ——围岩垂直重度（kN/m3)。 二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值： 表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例 1.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法 隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力 Q B B t t q H ==γH(1-λθ) 浅 浅 tan。 表4.3 各级围岩的θ值及 φ值

2(tan 1)tan tan tan c c c ?+?β?+?-θ c tan =tan 侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c c c β-?λ= β1+β?-θ+?θ ???? 作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时： Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24 ×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H

垂直压力q=19×20(1-0.224×20×0.51/10)=293.18KN/m Pg=πdγ=π×0.4×25=31.4KN/m 地基反力P=324.58KN/m e1=γhλ=19×20×0.224=85.12 e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+8.17)×0.224=119.89 水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=102.51KN/m Ⅴ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则 垂直压力为q×50%=146.59KN/m 地基反力为P×50%=162.29KN/m 水平压力为e×50%=51.255KN/m 2衬砌结构内力计算 表4.7 等效节点荷载

(整理)土主动、被动土压力概念及计算公式

主动土压力 挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐减小，当墙后土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力减至最小，称为主动土压力P a 。 被动土压力 挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力增至最大，称为被动土压力P p 。上述三种土压力的移动情况和它们在相同条件下的数值比较，可用图6-2来表示。由图可知P p ＞P o ＞P a 。 朗肯基本理论 朗肯土压力理论是英国学者朗肯（Rankin ）1857年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于极限平衡状态的应力条件提出的。在其理论推导中,首先作出以下基本假定。 (1)挡土墙是刚性的墙背垂直； (2)挡土墙的墙后填土表面水平； (3)挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。 把土体当作半无限空间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。 如果挡土墙向填土方向移动压缩土体，σz 仍保持不变，但σx 将不断增大并超过σz 值，当土墙挤压土体使σx 增大到使土体达到被动极限平衡状态时，如图6-4的应力园O 3，σz 变为小主应力，σx 变为大主应力，即为朗肯被动土压力(p p )。土体中产生的两组破裂面与水平面的夹角为2 45?- ?。 朗肯主动土压力的计算 根据土的极限平衡条件方程式 σ1=σ3tg 2 (45°+2?)+2c ·tg(45°+2?) σ3=σ1tg 2(45°-?)-2c ·tg(45°-?)

土力学土压力计算

第六章 挡土结构物上的土压力 第一节 概述 第五章已经讨论了土体中由于外荷引起的应力，本章将介绍土体作用在挡土结构物上的土压力，讨论土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布和合力作用点，而土压力的大小及分布规律主要与土的性质及结构物位移的方向、大小等有关，亦和结构物的刚度、高度及形状等有关。 一、挡土结构类型对土压力分布的影响 定义：挡土结构是一种常见的岩土工程建筑物，它是为了防止边坡的坍塌失稳，保护边坡的稳定，人工完成的构筑物。 常用的支挡结构结构有重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式和加筋土式等类型。 挡土墙按其刚度和位移方式分为刚性挡土墙、柔性挡土墙和临时支撑三类。 1．刚性挡土墙 指用砖、石或混凝土所筑成的断面较大的挡土墙。 由于刚度大，墙体在侧向土压力作用下，仅能发身整体平移或转动的挠曲变形则可忽略。墙背受到的土压力呈三角形分布，最大压力强度发生在底部，类似于静水压力分布。 2．柔性挡土墙 当墙身受土压力作用时发生挠曲变形。 3．临时支撑 边施工边支撑的临时性。 二、墙体位移与土压力类型 墙体位移是影响土压力诸多因素中最主要的。墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。 1.静止土压力（0E ） 墙受侧向土压力后，墙身变形或位移很小，可认为墙不发生转动或位移，墙后土体没有破坏，处于弹性平衡状态，墙上承受土压力称为静止土压力0E 。 2.主动土压力（a E ） 挡土墙在填土压力作用下，向着背离填土方向移动或沿墙跟的转动，直至土体达到主动平衡状态，形成滑动面，此时的土压力称为主动土压力。 3.被动土压力（p E ） 挡土墙在外力作用下向着土体的方向移动或转动，土压力逐渐增大，直至土体达到被动极限平衡状态，形成滑动面。此时的土压力称为被动土压力p E 。 同样高度填土的挡土墙，作用有不同性质的土压力时，有如下的关系： p E >0E > a E 在工程中需定量地确定这些土压力值。 Terzaghi （1934）曾用砂土作为填土进行了挡土墙的模型试验，后来一些学者用不同土作为墙后填土进行了类似地实验。 实验表明：当墙体离开填土移动时，位移量很小，即发生主动土压力。该位移量对砂土

土体主动、主动土压力概念及计算公式

[指南]土体主动、主动土压力概念及计算公式主动土压力 挡土墙向前移离填土，随着墙的位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐减小，当墙后土体达到主动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力减至最小，称为主动土压力P。 a 被动土压力 挡土墙在外力作用下移向填土，随着墙位移量的逐渐增大，土体作用于墙上的土压力逐渐增大，当墙后土体达到被动极限平衡状态并出现滑动面时，这时作用于墙上的土压力增至最大，称为被动土压力P。上述三种土压力的移动情况和它们在相同条件下的数值比较，p 可用图6-2来表示。由图可知P,P,P。 poa 朗肯基本理论 朗肯土压力理论是英国学者朗肯(Rankin)1857年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于极限平衡状态的应力条件提出的。在其理论推导中,首先作出以下基本假定。 (1)挡土墙是刚性的墙背垂直; (2)挡土墙的墙后填土表面水平; (3)挡土墙的墙背光滑，不考虑墙背与填土之间的摩擦力。 把土体当作半无限空间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。 如果挡土墙向填土方向移动压缩土体，ζ仍保持不变，但ζ将不断增大并超过ζ值，zxz当土墙挤压土体使ζ增大到使土体达到被动极限平衡状态时，如图

6-4的应力园O，ζx3z变为小主应力，ζ变为大主应力，即为朗肯被动土压力(p)。土体中产生的两组破裂面与xp

,45:,水平面的夹角为。 2 朗肯主动土压力的计算 根据土的极限平衡条件方程式 ,,2ζ=ζtg(45?+)+2c?tg(45?+) 1322 ,,2ζ=ζtg(45?-)-2c?tg(45?-) 3122 土体处于主动极限平衡状态时，ζ=ζ=γz，ζ=ζ=p，代入上式得 1z3xa 1)填土为粘性土时 填土为粘性土时的朗肯主动土压力计算公式为 ,,2,ap=γztg(45?-)-2c?tg(45?-)=γzK-2c (6-3) aa22 由公式(6-3)，可知，主动土压力p沿深度Z呈直线分布，如图6-5所示。a (一)Z 0 ZH-H30 HZPa-3 H γ2cHKa?Ka 图5,5粘性土主动土压力分布图 当z=H时p=γHK-2cK aaa 在图中，压力为零的深度z，可由p=0的条件代入式(6-3)求得 0a 2cz, (6-4) 0,Ka 在z深度范围内p为负值，但土与墙之间不可能产生拉应力，说明在z深度范围内，0a0 填土对挡土墙不产生土压力。墙背所受总主动土压力为P，其值为土压力分布图中的阴影部分面积，即a 1aaa0,,,,P(HK2cK)(Hz)2 (6-5) 212c2,,,，aaHK2cHK,2

隧道围岩压力的监测与分析

隧道围岩压力的监测与分析 1.监控量测的重要性 自从奥地利的拉布西维兹（V.Rabcewicz）于1948年提出新奥法以来，新奥法已在我国各山岭公路隧道中得到了广泛应用。众所周知，监控量测作为新奥法的三要素之一，对于隧道施工安全和施工过程控制都起着至关重要的作用。浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法，继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性，风险性，复杂性的复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境的条件下获得成功。之后，又经过工程实践，提出了“管超前，严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的“18字方针”，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念，由此形成了浅埋暗挖法。监控量测工作也在这一工法中起到了很大的作用。盾构法是用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。对于庞大的盾构机，其中顶推力，泥浆压力，盾尾注浆压力，衬砌沉降等均需要进行监控量测。由此可以看出，目前无论是在山岭隧道还是在城市地铁的修建中，监控量测已经是施工中一项重要，不可缺少的工作。 2.监控量测的目的 监控量测的目的主要有三种，包括优化施工顺序、施工安全和科学研究。通常在隧道施工过程中，相关四方包括建设方、设计方、施工方和监理方最关心的就是隧道施工安全，而优化施工顺序也是必不可少的，如果需要为相似工程提供更多的经验和数据，以进一步指导隧道设计和施工，则需进一步进行相关的科学研究。本文主要以山岭隧道的监控量测为主来介绍监控量测的目的。 2.1 优化施工顺序 如果单从优化施工顺序来说，我们最关心的是隧道围岩变形的情况。所以从这个角度出发，监测项目中的变形监测项目是需要重点选择的。从施工经验出发，一般选用的监测项目是周边收敛和拱顶下沉，可以说这两个项目在一般隧道监测中都是必不可少的。因为根据《公路隧道施工技术规》（JTJ042-94）规定[2]，判定围岩变形是否稳定主要靠这两项数据，通过其决定下一步采取何种施工方案。如规规定：①当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。②二次衬砌的施工应满足周边收敛速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。 通过以上分析表明，只要有通过围岩位移的测量就可以判定下一步所采取的施工措施了，从优化施工顺序角度出发，通常选择周边收敛和拱顶下沉就可以满足要求了，如果是隧道浅埋处则还需增加地表下沉量测项目，如洞口位置。 2.2 施工安全 1

城市管道土压力标准值的计算

城市管道土压力标准值的计算 1 埋地管道的管顶竖向土压力标准值，应根据管道的敷设条件和施工方法分别计算确定。 2 对埋设在地面以下的刚性管道，管定竖向土压力可按下列规定计算： 当设计地面高于原状地面，管顶竖向土压力标准值应按下式计算： F sv,k =C c γs H s B c (2-1) 式中 F av ，k —每延米管道上管顶的竖向土压力标准值(kN/m)； C c —填埋式土压力系数，与H s /B c 、管底地基土及回填土的力学性能有关，一般可取～计算； γs —回填土的重力密度(kN/m 3)； H s —管顶至设计地面的覆土高度(m)； B c —管道的外缘宽度(m)，当为圆管时，应以管外径D1替代。 对由设计地面开槽施工的管道，管顶竖向土压力标准值可按下式计算： F sv,k =C d γs H s B c (2-2) 式中 C d —开槽施工土压力系数，与开槽宽度有关，一般可取计算。 3 对不开槽、顶进施工的管道，管顶竖向土压力标准值可按下式计算： F sv,k =C j γs B t D 1 (3-1) t l =1tg 2B D ???+?-???? （45） (3-2)

s a t j a 1exp(2=2H K B C K μ μ--） (3-3) 式中 C j —不开槽施工土压力系数； B t —管顶上部土层压力传递至管顶处的影响宽度(m)； K a μ—管顶以上原状土的主动土压力系数和内摩擦系数的乘积，对一般土质系数可取K a μ=计算； φ—管侧土的内摩擦角，如无试验数据时可取φ=30o计算。 4 对开槽敷设的埋地柔性管道，管顶的竖向土压力标准值应按下式计算： W ck =γs H s D 1 (4-1)

第六节 松散岩体的围岩压力计算

第六节围岩的松动压力计算 浅埋：应力传递法，岩柱重量计算法。 深埋：自然冒落拱内岩体的自重或裂隙围内松动岩体的压力。 一、浅埋洞室围岩松动压力计算(2种方法)（一）岩柱法 1、基本假设 （1）松散岩体的C= 0 ； （2）围岩压力=岩柱的自重－柱侧面摩擦力；（3）破坏模式与受力状态如下

图7-15 考虑摩擦力的计算简图 l dl l γn d σdT 1 σ3 σ245?+o 245?-o 微元条滑动岩柱

2、洞室顶压力的计算 式中：γl —垂直应力； tg 2（45°–φ/2）—侧应力系数。 式中：d σn dl —侧面上的正压力； tg φ—摩擦系数。 微元条上的侧压力： d σn =γl tg 2（45°–φ/2） 微元条上的摩擦力：dT =d σn dl tg φ

? ? γ??γ?σtg tg H dl tg tg l dl tg d dT F H o n H o H o )245( )245(222222-=?-?===??? 岩柱两侧面的总摩擦力为： 洞顶岩柱自重：Q =2a 1γH a 1=a + h tg （45°–φ/2）

根据假设求出洞顶压力集度（强度）： ???? ? ?-=-=11212a HK H a F Q q γ式中：K =tg 2（45°–φ/2）tg φ 根据假设求出洞侧壁顶、底点压力强度： e 1= q tg 2（45°–φ/2） e 2= ( q +γh )tg 2（45°–φ/2）

?洞室断面衬砌受力图 3 、适用条件 ? ? ? ? ? = → = < K a H K a H m ax 1 10 dH dq e2 e1 e2 e1 q ()0 F - Q 30> <保证

第六章 地下洞室围岩应力与围岩压力计算

第六章地下洞室围岩应力 与围岩压力计算 第一节概述 一、地下洞室的定义与分类 1、定义: 地下洞室(underground cavity)是指人工开挖或天然存在于岩土体中作为各种用途的地下空间。 2、地下洞室的分类 按用途：矿山巷道（井）、交通隧道、水工隧道、地下厂房（仓库）、地下军事工程 按洞壁受压情况：有压洞室、无压洞室 按断面形状：圆形、矩形、城门洞形、椭圆形 按与水平面关系：水平洞室、斜洞、垂直洞室（井） 按介质类型：岩石洞室、土洞 二、洞室围岩的力学问题 （1）围岩应力重分布问题——计算重分布应力 1）天然应力:人类工程活动之前存在于岩体中的应力。又称地应力、初始应力、一次应力等。 2）重分布应力:由于工程活动改变了的岩体中的应力。又称二次分布应力等。 地下开挖破坏了岩体天然应力的相对平衡状态，洞室周边岩体将向开挖空间松胀变形，使围岩中的应力产生重分布作用，形成新的应力状态，称为重分布应力状态。

（2）围岩变形与破坏问题——计算位移、确定破坏范围 在重分布应力作用下，洞室围岩将向洞内变形位移。如果围岩重分布应力超过了岩体的承受能力，围岩将产生破坏。 （3）围岩压力问题——计算围岩压力 围岩变形破坏将给地下洞室的稳定性带来危害，因而，需对围岩进行支护、衬砌，变形破坏的围岩将对支衬结构施加一定的荷载，称为围岩压力(或称山岩压力、地压等)。 （4）有压洞室围岩抗力问题——计算围岩抗力 在有压洞室中，作用有很高的内水压力，并通过衬砌或洞壁传递给围岩，这时围岩将产生一个反力，称为围岩抗力。 天然应力，没有工程活动 开挖洞室后的应立场，为重分布应力，与天然应力有所改变 在附近开挖第二个洞室，则视前一个洞室开挖后的应力场为天然应力，第二个洞室开挖后的应力场为重分布应力

1围岩压力计算

1围岩压力计算

1围岩压力计算 深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按等效荷载高度计算 公式如下：H P =（2~2.5） q h 式中: H p ——隧道深浅埋的分界高度； h q ——等效荷载高度， q h= q γ ； q——垂直均布压力(kN/m2)； γ——围岩垂直重度（kN/m3)。 二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值： 表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例 围岩级别初期支护承载比 例 二次衬砌承载 比例 双车道 隧道 三车道 隧道 双车道 隧道 三车道 隧道 ⅠⅡ100 100 安全储 备安全储 备 Ⅲ100 ≥80 安全储 备 ≥20 Ⅳ≥70 ≥60 ≥30 ≥40 Ⅴ≥50 ≥40 ≥50 ≥60 Ⅵ≥30 ≥30 ≥80 ≥85 浅埋地段≥50 ≥30～ 50 ≥60 ≥60～ 80

1.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法 隧道的埋深H 大于hq 而小于Hp 时，垂直压力Q B B t t q H = =γH(1-λθ)浅浅tan 。 表4.3 各级围岩的θ 值及0 φ值 围岩级别 Ⅲ Ⅳ Ⅴ θ 0.90φ （0.7～0.9）0φ （0.5～0.7）0φ 0φ 60°～70° 50°～60° 40°～50° 2(tan 1)tan tan tan c c c ?+?β?+?-θ c tan =tan 侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c c c β-?λ= β1+β?-θ+?θ??? ? 作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时： Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24 ×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H