隧道工程课件隧道支护结构的计算

5.4

隧道洞门计算第5章隧道支护结构的计算15.3岩体力学方法5.1隧道结构体系的计算模型5.2结构力学方法5.5

隧道抗震计算隧道工程的受力特点5.1隧道结构体系的计算模型1.荷载的模糊性2.围岩物理力学参数难以准确获得3.围岩压力承载体系

◆围岩不仅是荷载，同时又是承载体；

◆地层压力由围岩和支护结构共同承受；

◆充分发挥围岩自身承载力的重要性。

第5章隧道支护结构的计算隧道工程的受力特点5.1隧道结构体系的计算模型4.设计参数受施工方法和施作时机的影响很大

5.隧道与地面结构受力的不同点—围岩抗力的存在第5章隧道支护结构的计算5.1.2隧道结构体系的计算模型1.结构力学模型

特点：◆以支护结构作为承载主体；

◆围岩对支护结构的作用间接地体现为两点：

①围岩压力；②围岩弹性抗力。

◆采用结构力学方法计算。

适用于：模筑砼衬砌

第5章隧道支护结构的计算2.岩体力学模型

特点：◆支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且以围岩作为承载主体；

◆支护结构约束围岩的变形；

◆采用岩体力学方法计算；

◆围岩体现为形变压力。

适用于：锚喷支护

第5章隧道支护结构的计算概述

5.2结构力学方法

1.基本原理

◆将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载—结构模型。

第5章隧道支护结构的计算根据恋对荷缩慧载的差处理膝不同笨，它渐大致户有如梳下三包种模必式：◆主动骑荷载寻模式侵（图5－1（a））◆主动泪荷载眯加被挡动荷绘载模竭式（冈图5－1（b）)◆实际找荷载沸模式漫（图5－1（c）)。第5章森隧道皱支护端结构酬的计炸算图5—1荷载—结构鸦模式第5章慎隧道岗支护告结构捷的计翅算2.隧道景衬砌狮受力俯变形耻的特跨点第5章沫隧道梳支护的结构澡的计瓜算3.隧道杰衬砌拴承受溪的荷巷载及乞分类(1警)主动佣荷载◆主要蹄荷载◆附加朱荷载(2割)被动柜荷载贸～围殃岩抗骡力◆共同想变形揭理论◆局部福变形裕理论图5-周3局部府变形楼示意功图第5章降隧道贩支护清结构敏的计值算5.亡2.觉3隧道万衬砌够结构俭计算茅的矩躁阵位栗移法1.基本润原理矩阵谜位移魄法又甚叫直碌接刚厚度法达，它弄是以军结构者节点职位移希为基熟本未胃知量专，联睁接在呼同一悠节点吸各单航元的心节点挣位移冬应该金相等豪，并共等于钉该点今的结肃构节绍点位毛移（剩变形络协调按条件际）；活同时艘作用号于某环一结倦构节旷点的皆荷载槐必须摔与该管节点兔上作孙用的虏各个法单元送的节交点力淹相平图衡（丘静力尊平衡肌条件悟）。第5章险隧道单支护勤结构我的计船算计算轿特点:①三种边单刚◆衬砌姜单刚纠：梁雹单元◆抗力疫单刚膨：二及力杆查单元◆基础际单刚灰：支糕座单真元寨②名拼总段刚(结构止刚度爷矩阵)③边界田条件绍～墙浑基础扭水平油位移边为0游④求解潜以节输点位杠移为漆未知辛量的存方程监组～侵高斯乳消去辩法等它⑤请由俩节点趣位移膜求出眼单元昌节点绪力～棍内力第5章倚隧道奏支护聋结构腥的计萌算2.计算每图式衬砌语结构倍的处淋理◆衬砌抖的处赞理：贫将衬掌砌沿语其轴述线离祖散化纯为直延杆单嘉元（细梁单疑元）王，并助将单磁元的梨联接吵点称匙为节书点。◆墙基猛础的穷处理剥：假缴设边鱼墙底枯端是解弹性庭固定直，即浪能产絮生转失动和锣垂直旺下沉蚁，不灵能产爷生水待平位驻移。第5章邀隧道明支护戚结构鸟的计婆算图5-横4直刚蕉法计岸算图鹊式第5章皮隧道倦支护稳结构中的计塑算(2廊)等效急节点己荷载缴的处律理◆按“静力匀等效”原则喂进行停，即沟均布暂荷载霞所作夸的虚啊功应天等于誓节点镜荷载肃所作狗的虚共功。2.计算艇图式第5章酬隧道阔支护肺结构吓的计估算图5-避5等效回节点稻荷载哑计算狭示意业图第5章击隧道婚支护描结构诞的计它算垂直待均布酸荷载称作用息在单抗元上墙的等独效节努点力究分量忠为：第5章尤隧道燃支护亏结构未的计打算水平另均布抖荷载排作用贤在单荐元上稻的等爸效节挖点力警分量股为：第5章柳隧道积支护筒结构驾的计芬算2.计算梁图式(3器)围岩脾弹性帝抗力毛的处苦理◆以弹磨簧支寻承模之拟围派岩弹伏性抗袍力，倘即在排每个扯节点五上设潮置一详根弹部簧链愉杆，哭弹簧猜力即扎为围黑岩抗楼力；◆以温拖氏假畏定反府映抗熄力与鬼节点异位移浸的关继系；◆弹簧创支承半的方梯向：肠应按菌衬砌所与围夹岩的轮接触鉴状态孤而定及。第5章治隧道架支护忠结构喷的计河算2.计算泽图式图5-专6围岩舞弹性乏抗力犁链秆田设置夹示意剖图第5章怖隧道勒支护强结构猜的计午算3.单元版刚度芹矩阵衬砌沃单元碧刚度劝矩阵(衬砌殊单刚)弹性锁支承蝇链杆欣单元嫩刚度盼矩阵(抗力府单刚)要点喜：◆其局遍部坐埋标系匙与总圣体坐鄙标系绣一致杠；◆由温障氏假煮定求企抗力炉。墙脚顿弹性参支座分单元评刚度胃矩阵第5章艘隧道宽支护更结构奇的计练算3.单元狡刚度神矩阵图5-肾7弹性喊链秆潜单元驳示意僚图第5章丙隧道精支护夹结构扫的计尽算3.单元肉刚度每矩阵图5-突8墙角还弹性脆支座阅单元福示意泻图第5章举隧道醉支护甜结构隶的计恢算4.建立赴结构盘刚度吉方程（1）结荒构刚认度方洁程的质形成（2）孟结构恶刚度榜矩阵突的特超点◆对称漫矩阵(反力痒互等伯定理)；◆稀疏堂的带淹状矩春阵，右非零倍元素纤的个茫数一倍般只罗占元或素总偏数的5％左坊右；◆是非会奇异站矩阵拔。因旧抗力颈弹簧忧本身哀就是幼对衬宝砌结扯构的抛约互束，逼故衬赤砌结混构不鸟能作舱刚体滚移动辜。第5章苏隧道伪支护浆结构喇的计荡算5.未知泉节点凑位移庙的求狗解和每弹性竭支承肃的调顿整（1）边修界条趁件◆围岩申抗力购弹簧灯支承碌就是抹一种咬边界替约束吵，已兴在拼垫总刚棕中考歌虑了品；◆基底昂支座兼～水篇平位盆移为0。（2）方牙程组鼓求解逃：高导斯消匠去法胡；迭愧代法（3）对禁围岩姻抗力堪弹簧帅支承取的自夫动调泽整第5章派隧道策支护摊结构扣的计竹算6.衬砌倘内力宁的计喝算（1）单取元结川点位嗓移（2）单段元结恰点力第5章树隧道直支护奔结构模的计阔算7.直刚贪法计良算流慨程图第5章槽隧道栗支护趋结构就的计膏算5.纤2.姥4衬砌袍截面域强度隔检算1.破损列阶段县法破损辣阶段仿法～针考虑交到结厘构的扣塑性遣阶段阵，材戴料塑拳性极射限强缓度Rb已进河入塑熊性阶右段。◆当琴时歼，由商抗压探强度语控制赶其承挑载能症力，害因此芳仅需枪按抗让压强洽度进储行检柏算。第5章单隧道汽支护位结构轻的计瓶算5.事2.歇4衬砌羞截面牌强度县简算1.破损在阶段箱法◆当右时厕，由敲抗拉曾强度估控制营承载物能力旋，仅需午按抗闯拉强沾度进抹行检还算储。第5章讨隧道逆支护繁结构划的计辛算5.屿2.野4衬砌衡截面劈燕强度构简算1.破损棋阶段掠法◆偏心零距限峡制疾混烤凝土论衬砌饺的偏筑心距能不宜盐大于0.钳45倍截盟面厚膏度；简石砌互体偏俗心距纲不应谅大于0.饺3倍截贼面厚互度；及基底绕偏心买距，岁对岩系石地扶基不最大于1/透4倍墙触底厚鉴度，芹对土龙质地堂基不病大于1/蓬6倍墙夺底厚搬度。第5章该隧道痒支护到结构视的计丛算5.漆2.粥4衬砌客截面予强度呜简算2.概率纷极限填状态束法极限金状态揪法～地采用彩数理去统计脊方法台，用先概率注来衡纯量结串构的极安全切度，黄或称“可靠杀度”。（1）承龄载能侄力极绞限状悦态混凝贷土矩伏形截释面中寄心及胡偏心虚受压爱构件嘱，其饥受压秒承载派能力光：第5章络隧道赴支护凑结构惊的计才算5.席2.递4衬砌滴截面寇强度跨简算2.概率思极限寻状态犁法（2）正相常使蹄用极章限状野态从抗倾裂要亡求出愁发，畏混凝浪土矩狼形偏前心受梯压构泛件的崖抗裂妄承载贷力按食下式现检算马：第5章顽隧道置支护身结构德的计江算5.却3.捡1解析包法5.员3岩体男力学张方法5.伶3.帖2数值轿分析吗法5.均3岩体胜力学睡方法1.概述◆边界冷元法劈燕、无筛限元偏法、惠有限难元法豆、有醉限元云法耦御合方延法等脸，仅浴介绍即有限纵元法2.有限脚元法馆处理稳特点（1）单撤元类项型的掉选择撞和网宫格划孩分5.恼3.面2数值跟分析午法图5-怖11隧道泥计算器范围肢及网狮格划解分第5章功隧道栗支护岛结构轨的计泼算（2）计西算范影围的肾选取①隧道霜开挖每影响报范围虎～距镰开挖发面中丸心点3~阅5倍洞绳跨的群范围末；②边界乏上位量移为钢零。第5章途隧道崖支护沿结构裹的计郑算（3）边样界条息件和愚初始铃应力（4）卸繁荷释熟放荷叼载及专卸荷米过程跪模拟（5）开布挖施涛工步盲骤的溪模拟（6）求亏单元货应力（8）有验限元桨法计茅算的辰可信反度（7）围信岩与圆支护循结构茅稳定桑性判狮断第5章佛隧道垮支护刻结构反的计黑算5.收4隧道贼洞门嫁计算计算牛方法域：洞捎门可驴视作蹄挡土援墙，释按计倦算挡虫土墙威的方哗法进输行计子算。计算将处理疗：咳①主禽动土代压力漂按库法仑理砖论进某行计伟算；饮②贯无论鸣墙背瓦仰斜膜或直旱立，非土压摇力的躺作用软方向级均假论定为自水平酒；富③不静考虑拜被动恢土压糟力。般④院取最些不利呀位置傅的墙蛇体条失带计挤算，昆称为“检算赏条带”。条浙带宽歪度一狡般为1m，最搜不利身位置哈～墙废体最堆高点托。第5章午隧道蔽支护摆结构抚的计款算5.丧4隧道固洞门存计算5.荒4.塔1计算练部位饰（检脸算条胃带）钥的选讯取及众计算席要点1．柱捎式、纹端墙茅式洞稍门第5章村隧道繁支护委结构腥的计绝算5.井4隧道努洞门胶计算5.附4.茅1计算严部位伶（检恰算条房诚带）脂的选木取及宵计算接要点2．有探挡、光翼墙谱的洞潜门第5章移隧道找支护土结构邻的计喷算5.松4隧道粮洞门东计算5.航4.单2洞门诊计算析内容1.洞门辽计算酱内容盆：①墙哄身偏抬心及雨强度扔；②绕纷墙趾星的抗哨倾覆透性(墙趾搂～墙番身外孝表面水与基岁底面快的交艘点)；③沿锈基底感滑动难的稳谷定性系；④基杯底应茄力检肺算。第5章慎隧道劫支护棚结构搁的计棕算5.竞4隧道延洞门攻计算5.晓4.强2洞门跳计算膝内容2.洞门但端墙恭及挡公（翼风）墙叔检算裳规定

墙身截面压应力≤容许应力

墙身截面偏心距e

≤0.3倍截面厚度

基底应力≤地基容许承载力

基底偏心距e

岩石地基≤B/4，土质地基≤B/6（B为墙底厚度）

滑动稳定系数KC≥1.3

倾覆稳定系数K0≥1.5第5章球隧道剧支护及结构公的计垃算5.轮4隧道随洞门爱计算5.荒4.湿4洞门覆计算舒的概者率极绩限状护态法铁路效隧道献设计孤规范熔规定赢隧道紫洞门荒除按衰破损胞阶段乒法进样行检符算外牢，还据可采我用极浇限状趴态法藏进行区设计恒计算茶。基怎本方买法仍戚同破守损阶鼻段法栽，如锡取计督算条团带，墙具体茄公式籍不同丽，按判可靠赴度理具论得让出.第5章恳隧道垫支护磁结构固的计泼算5.燃4隧道锣洞门狂计算5.缴4.拘4洞门返计算狸的概娇率极沫限状匀态法1.洞门乘墙墙驳身抗甚压承冷载能雀力计甘算(承载灾能力菌极限贪状态)2.洞门参墙墙腿身抗名裂承摆载能浩力计巨算(正常惯使用泻极限普状态)第5章豪隧道创支护乱结构毒的计贞算5.殿4隧道殊洞门旨计算5.拢4.仆4洞门蓝计算甩的概双率极粘限状慢态法3.洞门楚墙地魂基承擦载能塌力计轨算4.抗倾败覆计袜算5.抗滑上动计童算第5章缓隧道些支护倍结构磨的计脆算5.湖5隧道谣抗震债计算5.久5.话1概环述规定胁：在成地震投基本工烈度驾为7度及里以上心地区悬的隧漆道，犹需要榆进行胳抗震摔设计仪。抗震梯设计慎方法辅：地律震系茄数法其它奶方法书：①波应动法沸；②种相互鸭作用崭法；很③数展值分处析方誉法，洁等。第5章拐隧道年支护初结构牢的计微算5.本5隧道茧抗震鸭计算5.姻5.访3地震暗系数允法考虑盼两种厅情况膜：◆水平钩地震盒力的宰方向科横交责隧道柴纵轴应考严虑洞足口、协浅埋袋、偏冠压地英段和惹明洞毒。◆水平吴地震彼力的昼方向盟沿隧锦道纵恭轴仅需唐考虑总洞门堂及洞府口一峡个环歪节衬潮砌。第5章肉隧道晕支护编结构强的计品算5.肯5隧道探抗