清华大学土木课程地下结构2

1、主讲：主讲： 宋二祥宋二祥 第二章第二章 地下结构设计计算方法地下结构设计计算方法 第二章第二章 地下结构设计计算方法地下结构设计计算方法2-1 概述概述 2-1 概述概述 第二章第二章 地下结构设计计算方法地下结构设计计算方法2-2 荷载结构法荷载结构法 一、浅埋情况一、浅埋情况全自重法全自重法 或或 土柱法土柱法 地面荷载）(hqThKea1)(2HhKeaBq由由 0Y确定确定 2-2 荷载结构法荷载结构法 二、埋深大或较大的情况二、埋深大或较大的情况 dydpadyay222112-2 荷载结构法荷载结构法 122 tan(45/2)aBmb其中其中tan1yyKpacdydp0y 时

2、时 qpy（边值问题）（边值问题） tantanyNKpcc2-2 荷载结构法荷载结构法 当当 ytan1Kcapy2-2 荷载结构法荷载结构法 )(tan)(tan1111)1 (tan)/(ayKayKyqeeKacap2T-G QdyecdyTy)tan(2-2 荷载结构法荷载结构法 其中其中 2yaaeKyc K对对H H 有极大值（有极大值（亦由此定其适亦由此定其适用范围用范围）2-2 荷载结构法荷载结构法 111tan(1 2tan )2yaaHcpHKKaa2-2 荷载结构法荷载结构法 如图如图 )2/45(1htgaa拱的形状拱的形状: : 02120PxyHM即即 202xH

3、Py 2-2 荷载结构法荷载结构法 拱高拱高h1：由最大安全储备原则定：由最大安全储备原则定 1max0hTTH1maxfpaT其中其中: : f 摩擦系数摩擦系数 1h 安全储备安全储备（因该值大，则推力小）（因该值大，则推力小） 再用再用 0212110PahH2-2 荷载结构法荷载结构法 考虑平衡时仅取考虑平衡时仅取拱来分析。拱来分析。消去消去H H0 0有：有： 2121112hpahfpa由由 031212111hpahfpadhd有有 fah112max21pf2-2 荷载结构法荷载结构法 另一思路另一思路：直接令安全系数：直接令安全系数2 2来求来求h1: 21012paHhfp

4、aT1max令令 2/0maxHT有有 fah11h1求出后，顶板上压力按相应部位塌落土体厚求出后，顶板上压力按相应部位塌落土体厚度确定度确定 侧壁土压按主动土压计算，深度从塌落土体的侧壁土压按主动土压计算，深度从塌落土体的最高处计算最高处计算2-2 荷载结构法荷载结构法 三、有关试验三、有关试验 The Total Displacement Field of the TrapdoorThe Principal Stress Field of the TrapdoorAA*The Py-Displ. Curve of the Trapdoor00.10.20.30.40.505001.00E+

5、031.50E+032.00E+03|U| mFy kN/mChart 1中心线上的水平应力中心线上的水平应力四、浅埋与深埋的界限四、浅埋与深埋的界限 习题：习题： 五、土的被动抗力五、土的被动抗力 2-2 荷载结构法荷载结构法 2-2 荷载结构法荷载结构法 hphphhpk2-2 荷载结构法荷载结构法 由上二式消去由上二式消去 h，可解出，可解出 hhppk1土软时不考虑抗力，偏于安全土软时不考虑抗力，偏于安全 2-2 荷载结构法荷载结构法 六、埋管压力分析六、埋管压力分析 （参考（参考 “土力学土力学”教材教材 p233-238） HHe与泰沙基方法类似推导与泰沙基方法类似推导有有 )(t

6、an2)(tan2)1 (tan2)/2(BzKBzKzqeeKBcB此式与泰沙基公式实际上此式与泰沙基公式实际上相同相同 2-2 荷载结构法荷载结构法 分析：分析：B B很大时很大时 qHz（应等于上埋管压力）（应等于上埋管压力） 上埋管压力计算：上埋管压力计算： 2-2 荷载结构法荷载结构法 存在一等沉面，等沉面以下似上推导（但滑动面上存在一等沉面，等沉面以下似上推导（但滑动面上剪应力方向相反），等沉面以上土重视为荷载。剪应力方向相反），等沉面以上土重视为荷载。由上述思路导出：由上述思路导出： )(tan2)(tan2)() 1(tan2)/2(DHKeDHKzeeeHHqeKDcD1ta

7、n2tan2)(tan2sdeDHKKDHKeesd 沉降比，经验系数，对一般地基上沉降比，经验系数，对一般地基上的刚性管取的刚性管取0.5-0.8 0.5-0.8 突出比突出比, , DH / 如下确定如下确定 eH2-2 荷载结构法荷载结构法 埋管侧压力计算：埋管侧压力计算： 对于圆管，因曲线管壁影响，上部侧压大于朗肯对于圆管，因曲线管壁影响，上部侧压大于朗肯土压，下部小于朗肯土压，故建议按均布计算。土压，下部小于朗肯土压，故建议按均布计算。 2-2 荷载结构法荷载结构法 问：前面所讲泰沙基方法等适用于哪种情况？问：前面所讲泰沙基方法等适用于哪种情况？第二章第二章 地下结构设计计算方法地下

8、结构设计计算方法2-3 地层结构法地层结构法 仅对很简单的问题才可求出解析解，如仅对很简单的问题才可求出解析解，如均质半无限体中的单孔圆形隧道均质半无限体中的单孔圆形隧道、双孔等直径双孔等直径圆形隧道圆形隧道，以及，以及椭圆形、方形和直墙拱形洞室椭圆形、方形和直墙拱形洞室等等问题。但仅对第一种问题得出了精确的解析问题。但仅对第一种问题得出了精确的解析计算式，对其他情况虽已用复变函数建立了计计算式，对其他情况虽已用复变函数建立了计算式，但最终结果的计算仍需借助于数值逼近。算式，但最终结果的计算仍需借助于数值逼近。考虑塑性时也仅对圆形洞室的部分课题才有解考虑塑性时也仅对圆形洞室的部分课题才有解析解。析解。 2-3 地层结构法地层结构法 主要是有限元法。优点是适用性强（各种主要是有限元法。优点是适用性强（各种地层、洞室，非线性，施工过程等）；缺点：关地层、洞室，非线性，施工过程等）；缺点：关系难以准确给出。注意：地勘报告中给出的模量系难以准确给出。注意：地勘报告中给出的模量由于土的取样扰动，一般偏小。按弹性计算，则由于土的取样扰动，一般偏小。按弹性计算，则应在模量中考虑实际存在的塑性，即用割线模量。应在模量中考虑实际存在的塑性，即用割线模量。 2-3 地层结