地下结构设计原理复习(共4页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上1. 地下结构定义：在保留上部地层的前提下， 在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构物。2. 地下结构的组成：承载结构（地层即使承载结构的组成部分，又是形成荷载的主要来源） 支护结构即衬砌或称为被覆（两个最基本的使用要求：一是满足结构强度刚度要求以承受外荷载，二是提供一个能满足使用要求的工作环境）3. 地下结构的计算特性：1，必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响 2，地下工程周围的地质体是工程材料，承载结构，同时又是产生荷载的来源（即三位一体原理） 3，地下结构施工因素和事件因素会极大的影响结构体系的安全性 4，与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，

2、既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑围岩会不会失稳，这两种原因都能最终导致支护结构的破坏 5，地下工程只会结构设计的关键问题在于充分发挥围岩的自承力。4. 地下结构的形式：1，防护型支护（如封闭岩面，防止坑道周围岩体质量的进一步恶化，常用喷浆，喷射混凝土或局部锚杆来完成） 2，构造型支护（当坑道开挖后局部掉块或崩塌，但不会造成整个坑道失稳或破坏，采用防护型支护，如喷射混凝土，锚杆和金属网，模筑混凝土等） 3，承载型支护（是坑道支护的主要类型，分为轻，中，重型）5. 衬砌按制造方式分为：1，就地灌注整体式混凝土衬砌（模筑混凝土，刚度大，整齐美观，进度快，质量容易控制） 2，锚喷支护（柔性支护，能

3、吸收围岩变形,能有效的限制洞周位移） 3，复合式衬砌（先柔后刚，先锚喷，后模铸，与初期支护的结合状态好，但表面不光滑） 4，装配式衬砌（工厂预制，施工现场拼装，加快施工进度，提高工程质量）6. 地下结构计算理论的发展与现状：1，刚性结构阶段（此阶段认为，地下结构主动荷载是地层压力产生，计算模型为三铰拱静定体系，内力计算按静力学原理计算） 2，弹性结构阶段（此阶段地下结构按弹性连续拱形框架用超静定结构力学方法计算，考虑地层对结构产生的弹性反力的约束作用，对围岩自身承载力的认识又分为两个阶段（1）假定弹性反力阶段，（2）弹性地基梁阶段） 3，连续介质阶段（最重要的特征是把支护结构和岩体作为一个统一

4、的力学题进行分析，即三位一体的特性，围岩是荷载来源，承载结构，工程材料）7. 现代支护理论与传统支护理论件的区别：1，对围岩和围岩压力的认识（传统理论认为围岩压力由洞室塌落的围岩松动压力造成，现代理论认为围岩有自承能力） 2，围岩与支护间的相互关系（传统理论将围岩和支护分开考虑，采用荷载结构体系，现代理论将围岩和支护作为一个统一体，采用围岩-支护体系） 3，在支护功能和作用原理上（传统支护为了承受荷载，现代支护为了及时稳定和加固围岩） 4，计算方法（传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，现代支护设计的作用荷载是岩体的地应力，由围岩和支护共同承载） 5，在支护形式和工艺上8. 地下结构的力学模型

5、必须符合的条件：1，与实际工作状态一直，能反应围岩的实际状态，以及围岩与支护结构的接触状态 2，荷载假定应在修建洞室工程中荷载发生的情况一致 3，计算出的应力状态要与经过长期实践使用的结构所发生的应力变化护额破坏现象一致 4，材料性质和属性表达式要等价9. 结构力学的计算模型：原理是按照围岩分级或由实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支承来体现的，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的考虑。所包含的模型：1，主动荷载模型 2，主动荷载加固围岩泰兴约束的模型 3，实地量测荷载模式 10. 连续介质力学的计算模型：1，又称围岩-结构模型，按连续介质力学

6、原理及变形协调条件分别计算衬砌与围岩中的的内力，并据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计。 2，围岩结构模型有称为现代岩体力学模型。将支护结构与围岩视为一个整体，共同承载，故又称为符合整体模型。 3，围岩-结构模型是发展中的模型，适用于新奥法施工的支护结构，喷锚支护和复合式衬砌。4，围岩结构模型中，常用的数值计算法中主要是以有限单元法为主。 5，收敛约束法，也是连续介质力学的计算方法，可按照量测的洞周收敛值进行发亏和监控，以指导地下结构的设计与施工。11. 信息化设计方法的流程图： PG17 必看12. 地下结构设计的设计流程：1，初步拟定截面尺寸（根据施工方法选定结构形式和布置，根据荷载和使

7、用要求估算结构跨度，高度，顶底板及边墙厚度等） 2，确定其上作用的荷载（根据荷载作用组合的要求进行，需要时，考虑工程的防护的等级） 3，结构的稳定性验算（地下结构埋深较浅又位于地下水位线以下是，进行抗浮计算，对于敞开式结构，进行抗倾覆，抗滑动验算） 4，结构内力计算（选择与工作条件相适宜的计算模式和计算方法，得出结构各控制界面的内力） 5，内力组合（对最不利的可能情况进行内力组合，进行强度验算） 6，配筋设计（通过截面强度和裂缝宽度的核算得出手里钢筋，并确定必要的构造钢筋） 7，安全性评价（当结构的稳定性或者截面强度不符合要求，重复以上步骤） 8，绘制施工设计图13. 围岩初始应力场：概念（由

8、于岩体的自重和地质构造作用，在开挖隧道前岩体中就已经存在的地应力场。 组成：自重力场（由地心引力和离心惯性力共同作用的结果），构造应力场（地壳各处发生的一切构造变形与破裂所形成的地应力） 变化规律：1，自重应力场变化规律：（1）地应力是随深度呈线性增加的 （2）水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。 （3）地质构造形态改变了自重应力场的状态。（4）深度对初始应力状态有重大影响。 2，构造应力场的变化规律 （1）地质构造形态的变化不仅改变了自重应力场，还以各种形式积蓄在岩体内 （2）在不深的地方普遍存在，最大构造应力的方向为水平，且水平应力普遍大于自重应力场中的水平应力分量。（3）构造应

9、力场很不均匀。14. 影响围岩初始应力场的因素：主要有两类 1，重力，地质构造，地形，岩体的物理力学性质以及地温等经常性因素 2，新构造运动，地下水活动，人类的长期活动等暂时性或者局部性的因素 特别研究的几点：1，地形和地貌（地形的变化对应力起调整作用） 2，岩体的力学性质 3，地温变化（围岩内部各处温度不相同时，温度应力的一部分将残留） 4，人类活动（人类活动局部的影响围岩初始应力场）15. 岩体与岩石的区别:岩石是均质，连续，各向同性的介质。岩体具有明显的非均匀性质，不连续喝各向异性。16. 岩体力学性质的取决因素：1，岩体的结构特征 2，结构体岩石的特征 3，结构面的特性17. 岩石在不

10、同加载速度下的应力-应变曲线 PG3718. 影响围岩稳定性的因素：1，地质因素 包括 （1）岩体的结构类型 （2）结构面性质和空间的组合（在围岩分级中，可以从以下方面研究结构面对隧道围岩稳定性影响的大小a,地质构造的影响程度 b，结构面的产状与发育情况 c，风化程度）（3)岩石的力学性质 （4）围岩的初始应力场（5）地下水状况（地下水对围岩的影响a,使岩质软化，强度降低，b，在软弱结构面的岩体中，使夹层软化，岩体滑动 c,在膨胀性质岩体中，使岩体膨胀，产生很大的变形。） 2，人为因素 （1）坑道的尺寸和形状 （2）施工中采用的开挖方法19. 二次应力状态（围岩应力状态）：洞室周围发生应力重分

11、布的部分岩体称为围岩。开挖后重新分布的应力状态称为二次应力状态。20. 三次应力状态：围岩和支护结构的相互作用会一致延续到支护所提供的阻力与围岩作用力之间达到的平衡。从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。21. 洞室开挖后围岩应力状态的特征及影响因素：1，初始应力场的影响（初始应力状态对围岩二次应力，位移场起决定性作用。） 2，开挖断面形式的影响（在一定的初始应力场中，围岩二次应力场受隧道横断面形状的影响很显著） 3，岩体结构特性的影响（岩体结构特性对围岩二次应力场的影响是内资的，本质的） 4，岩体力学性质对围岩二次应力场的影响（对于具有线性应力-应变关系的弹性岩体，通常都假定它能承受很高的应

12、力也不至于破坏。 5，洞室开挖后围岩应力的空间效应。（围岩的二次应力场实际上是三维的，因为隧道端部开挖面对围岩的应力释放起很大的作用） 6，时间效应的影响（围岩的二次应力状态和位移不仅是空间坐标的函数，而且还是时间的函数 7，施工方法的影响。（开挖方式和开挖方法对围岩的二次应力状态都有着强烈的影响。）22. 无支护坑道围岩失稳的形式：1，脆性破坏，在完整坚硬的岩体中，应力释放产生局部掉块，不影响坑道的稳定。 2，块状运动，围岩中的应力超过结构面的抗剪强度，或在重力作用下，洞室主板的结构体沿结构面产生松弛，滑移和坠落等变形破坏现象。 3，弯曲折断破坏（对于层状，特别是薄层状岩层，荷载回弹和洞壁切

13、向应力集中超过薄层状岩层的抗弯折强度，引起岩层弯折内鼓的变形破坏。 4，松动解脱（破碎松散岩体结构中，上覆岩体重力造成的应力集中区域内岩体破坏而形成的崩塌。 5，塑性变形和剪切破坏（在苏醒岩体中，稳定的丧失是塑性变形的结果产生了过度的位移，但无明显的破坏现象。23. 现代支护结构原理：1，现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即围岩与支护是由两种材料组成的复合体，围岩通过岩体支承结构体系。 2，充分发挥围岩自承能力，这是现代支护理论的一个基本观点，并由此降低围岩压力以改善只会的受力性能。 3，尽量发挥支护材料本身的承载力，采用柔性薄型支护，粉刺支护或封闭支护以及渗入到围岩内部进行

14、加固的锚杆支护，都遵循这一原则。 4，现场监控量测和监控设计 ，由此确定最佳的支护结构形式及参数，施工方法与施工时机。 5，选用不同的支护方式，力学模型，相应的计算方法以及不同的施工方法。24. 理想支护结构的基本要求：1，必须能与周围岩体大面积牢固接触，即保证支护-围岩体系作为一个统一的整体工作 2，要允许支护-围岩体系产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力，从而减少支护结构的作用，协调的共同作用。 3，重视早期支护的作用 ，使早期支护与后期变形相互配合，协调工作。 4，保证支护结构架设及时，控制围岩的初始位移。 5，作为支护结构要根据围岩的动态进行及时的调整和修改，以适应不断变化的围岩

15、状态。25. 支护结构的类型：1，刚型支护结构，承受强大的松动地压，具有足够大的刚性和截面尺寸。 2，柔性支护，进行及时的支护，限制围岩过大的变形而出现的松动，有能根据围岩的变化情况及时调整参数。 3，复合式支护结构，初期采用喷锚支护，让围岩释放掉大部分的变形和压力，然后施加二次衬砌，承受余下的围岩变形和地压，以维持围岩稳定。26. 喷锚支护类型有：1，锚杆支护 2，喷射混凝土支护 3，锚杆喷射混凝土支护 4，钢筋网喷射混凝土支护 5，锚杆钢支撑喷射混凝土支护 6，锚杆钢筋网喷射混凝土支护 7，锚杆钢筋网钢支撑喷射混凝土支护27. 锚喷支护的组成及力学作用（锚喷支护的优点）：锚喷支护在一定条件

16、下具有技术先进，经济合理，质量可靠，适用范围广的显著优点。锚喷支护能充分发挥围岩的自承能力和支护材料的承载能力。锚喷支护属于柔性薄型支护，易调节围岩变形，发挥围岩自承能力。此外，喷层能把松动的避免黏结在一起与天平裂隙凹穴的作用，见减小围岩松动和应力集中，同时又是很好的隔水和防风化材料，能及时封闭围岩。总之，喷锚支护的工艺特点使它具有支护及时性，柔性，围岩与支护的密贴性，封闭性，施工的灵活性，从而充分发挥围岩的自承作用和材料的承载作用。28. 锚杆的作用：(1)锚杆早期作用：阻止破碎岩块掉落并抑制浅部围岩扩容和离层。(2) 锚杆的中期作用：将破坏区岩层与稳定层相连，阻止破坏岩层垮落。提高其承载能

17、力。(3) 锚杆的后期作用：可以阻止破坏岩层滑落，保持顶板岩层的稳定性。29. 单层衬砌的类型：1，钢纤维模铸混凝土 2，钢纤维喷射混凝土 30. 确定喷锚支护参数的原则：1，根据不同的围岩压力的特点，对拱，墙采用相应的支护参数 2，力求体现使用彭毛支护类型的灵活性及允许进行局部加固围岩的特点 3，喷锚支护参数表中给出的喷锚支护参数是根据工程类比确定的 4，喷锚支护表中的锚喷参数，一般是根据本部门以往修建工程的设计参数，统计和分析研究确定的。31. 新奥法施工程序：1，对于开挖面稳定的情况：（1）开挖（2）架设支撑，张拉金属网，安装锚杆，喷射混凝土（3）开挖仰拱（4）修仰拱（5）修设防水层（6

18、）喷射二衬混凝土 2，开挖面部稳定的情 （1）开挖弧形导坑（2）架设支撑，挂金属网，锚杆安装，喷射混凝土（3）开挖核心（4）开挖侧壁（5）重复（2）的过程 （6）挖仰拱 （7）修仰拱 （8）防水层（9）二衬混凝土32. 结构力学常用的计算模型：1，主动荷载模型，当地层较为软弱，或地层相对结构的刚度较小，不足以约束结构的变形时，可以不考虑围岩对结构的弹性法力，称为主动荷载模型。 2，假定弹性反力模型，假定弹性反力的作用范围和分布规律，然后计算结构的内力和变为，验证弹性反力图形分布范围的正确性。 3，计算弹性反力模型，将弹性反力作用范围内围岩对衬砌的连续约束离散为有限个作用在衬砌节点上的弹性支承，根据结构变形计算弹性反力作用范围和大小的计算方法。33. 矩形框架结构，多用于浅埋，明挖法施工的地下结构，设计中不考虑地层的侧向弹性反力。对于基底