地下修筑結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)提綱--

1、第1章緒論1、地下建筑結(jié)構(gòu) 是修建在地層中的建筑物。它可以分為兩大類：一類是修建在土層中的；一類是修建在巖層中 的；廣義上講，任何結(jié)構(gòu)物都是修建在相應(yīng)的介質(zhì)中的2、地下建筑結(jié)構(gòu)的作用（1）地下建筑結(jié)構(gòu)，即埋置于地層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。修建地下建筑物時，首先按照使用要求在地層中挖掘洞室，然后沿洞室周邊修建永久性支護結(jié)構(gòu) 一一即襯砌結(jié)構(gòu)。而內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地面建筑的設(shè)計基本相同（2）作用：襯砌結(jié)構(gòu)主要是起承重和圍護兩方面的作用。承重，即承受巖土體壓力、結(jié)構(gòu)自重以及其它荷載的作 用；圍護，即防止巖土體風(fēng)化、坍塌、防水、防潮等。3、地下建筑與地面建筑結(jié)構(gòu)的區(qū)別（1）計算理論、設(shè)計和施工方法（2）地下建筑結(jié)構(gòu)所承受的

2、荷載比地面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（3）地下建筑結(jié)構(gòu)埋置于地下，其周圍的巖土體不僅作為荷載作用于地下建筑結(jié)構(gòu)上，而且約束著結(jié)構(gòu)的移動 和變形。所以，在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中除了要計算因素多變的巖土體壓力之外，還要考慮地下結(jié)構(gòu)與周圍巖土體的 共同作用。這一點乃是地下建筑結(jié)構(gòu)在計算理論上與地面建筑結(jié)構(gòu)最主要的差別。第2章地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載1、掌握地下建筑結(jié)構(gòu)所承受的荷載類型及其組合原則。按存在狀態(tài)可分為：靜荷載、動荷載和活荷載等靜荷載：又稱恒載。是指長期作用在結(jié)構(gòu)上且大小、方向和作用點不變的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、巖土體壓力和地下水壓力等；動荷載：要求具有一定防護能力的地下建筑物，需考慮原子武器和常規(guī)武器（炸彈、火箭）爆

3、炸沖擊 波壓力荷載，這是瞬時作用的動荷載；在抗震區(qū)進行地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)計算地震波作用下的動荷載 作用活荷載：是指在結(jié)構(gòu)物施工和使用期間可能存在的變動荷載，具大小和作用位置都可能變化，如地下建筑物內(nèi)部的樓地面荷載（人群物件和設(shè)備重量）、吊車荷載、落石荷載等。地面附近的堆積物和車 輛對地下結(jié)構(gòu)作用的荷載以及施工安裝過程中的臨時性荷載其它荷載：使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力和變形的各種因素中，除有以上主要荷載的作用外，通常還有：混凝土材 料收縮（包括早期混凝土的凝縮與日后的干縮）受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)力；各種荷載對結(jié)構(gòu)可能不是同時作用， 需進行最不利情況的組合。先計算個別荷載單獨作用下的結(jié) 構(gòu)各部件截面的內(nèi)力，再進行

4、最不利的內(nèi)力組合，得出各設(shè)計控制截面的最大內(nèi)力。 最不利的荷載組 合一般有以下幾種情況：（一）靜載；（二）靜載+活載；（三）靜載+動載（原子爆炸動載、炮（炸）彈動載）2、庫倫理論的基本假定擋土墻墻后土體為均質(zhì)各向同性的無粘性土 ；擋土墻是剛性的且長度很長，屬于平面應(yīng)變問題；擋土墻后土體產(chǎn)生主動土壓力或被動土壓力時，土體形成滑動楔體，滑裂面為通過墻踵的平面；墻頂處土體表面可以是水平面，也可以為傾斜面，傾斜面與水平面的夾角為角；在滑裂面和墻背面上的切向力分別滿足極限平衡條件朗肯土壓力假定：(1)擋土墻墻面是豎直、光滑的；(2)擋土墻墻背面的填土是均質(zhì)各向同性的無粘性土或粘性土，填土表面是水平的;(

5、3)墻體在壓力作用下將產(chǎn)生足夠的位移和變形，使填土處于極限平衡狀態(tài)；(4)填土滑動面為直線。3、圍巖壓力的概念洞室開挖之前，地層中的巖體處于復(fù)雜的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)。洞室開挖之后，圍巖中的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，應(yīng)力重新分布，從而使圍巖產(chǎn)生變形。當(dāng)變形發(fā)展到巖體極限變形時，巖體就產(chǎn)生破 壞。如在圍巖發(fā)生變形時及時進行襯砌或圍護，阻止圍巖繼續(xù)變形，防止圍巖塌落，則圍巖對襯砌結(jié) 構(gòu)就要產(chǎn)生壓力，即所謂的圍巖壓力 。圍巖壓力可分為圍巖垂直壓力、圍巖水平壓力及圍巖底部壓力。4、影響圍巖壓力的因素影響圍巖壓力的因素很多，主要與巖體的結(jié)構(gòu)、巖石的強度、地下水的作用、洞室的尺寸與形狀、支 護的類型和剛度、施

6、工方法、洞室的埋置深度和支護時間等因素相關(guān)。其中，巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵一般 在于巖體結(jié)構(gòu)面的類型和特征。5、圍巖壓力的計算方法(1)按松散體理論計算圍巖壓力1)垂直圍巖壓力淺埋結(jié)構(gòu)上的垂直圍巖壓力深埋結(jié)構(gòu)上的垂直圍巖壓力2)水平圍巖壓力3)底部圍巖壓力(2)按彈塑性體理論計算圍巖壓力(3)按圍巖分級和經(jīng)驗公式確定圍巖壓力6、掌握彈性抗力的基本概念。彈性抗力是指結(jié)構(gòu)在主動荷載作用下(如圍巖壓力，結(jié)構(gòu)自重等)要產(chǎn)生變形，支護結(jié)構(gòu)發(fā)生相向圍巖方向的變形引起的圍巖對支護結(jié)構(gòu)的約束反力。 其作用是限制襯砌變形改善襯砌受力狀態(tài)提高襯砌結(jié)構(gòu)承載力。彈性抗力大小和分布規(guī)律不僅決定于結(jié)構(gòu)的變形，還與地層的物理力學(xué)性

7、質(zhì)有著密切的關(guān)系。7、熟悉局部變形理論，共同變形理論及彈性抗力的分布規(guī)律。一種是局部變形理論，認為彈性地基某點上施加的外力只會引起該點的沉陷；一種是共同變形理論，即認為彈性地基上的一點的外力， 不僅引起該點發(fā)生沉陷，而且還會引起附近 一定范圍的地基沉陷。后一種理論較為合理，但由于局部變形理論計算較為簡單， 且一般尚能滿足工 程精度要求，所以目前多采用局部變形理論計算彈性抗力。8、普氏壓力拱公式：hi2 h i為壓力拱高度 a i跨度fk普氏系數(shù)fk的物理意義：增大了摩擦系數(shù)，可根據(jù)單抽抗壓強度確定。9、溫克爾假定：地層的彈性抗力與結(jié)構(gòu)變?yōu)槌烧?。產(chǎn)k610、深埋式與淺埋式界限：淺埋式是指覆蓋土

8、層較薄，不滿足壓力拱成拱條件( 出 (2-2.5) hi,hi 為壓力拱高)深埋滿足壓力拱成拱條件。第3章彈性地基梁理論1、彈性地基梁與普通梁相比的區(qū)別(1)普通梁是靜定的或有限次超靜定結(jié)構(gòu)，彈性地基梁是無窮多次超靜定結(jié)構(gòu)。由此可知，超靜定 次數(shù)是無限還是有限，這是他們的一個主要區(qū)別。(2)普通梁的支座看作是剛性支座，可省略地基變形，只考慮梁的變形，彈性梁則必須同時考慮地 基變形，由此可知，地基變形是否考慮，是他們的另一個主要區(qū)別。2、彈性地基梁概念：擱置在具有一定彈性地基上，各點與地基緊密相貼的梁。3、彈性地基梁理論三個假設(shè)：(1)地基的沉陷或者隆起與梁的撓度處處相等。(2)地基返利處處與接

9、觸面相垂直。(3)地基梁高跨比小，符合平截面假設(shè)，可直接應(yīng)用材料力學(xué)有關(guān)梁的變形及內(nèi)力計算。4、a是與梁和地基的彈性性質(zhì)相關(guān)的一個綜合參數(shù)，反映了地基梁與地基的相對剛度，對地基梁的受力特征和變形有重要影響，通常把a成為彈性特征系數(shù)，入為換算長度。a=4. Kb.4EI5、彈性地基梁的分類：(1)短梁：換算長度1(入<2.75。(2)長梁：換算長度人學(xué)2.75 分為無限長梁和有限長梁.(3)剛性梁：換算長度入& 1, EI趨近于無窮或者a趨近于0.6、彈性地基梁兩種計算模型的區(qū)別和優(yōu)缺點(1)局部彈性地基模型：符合溫克爾假定：地基表面任一點的沉降與該點單位面積上所受的壓力成正比 即

10、y E k優(yōu)點：可以考慮梁本身的實際彈性變形，因此消除了反力直線分布假設(shè)中的缺點。缺點：沒有反應(yīng)地基的變形連續(xù)性，當(dāng)?shù)鼗砻嬖谀骋稽c承受壓力時， 實際上不僅在該點局部產(chǎn)生沉 陷，而且也在鄰近區(qū)域產(chǎn)生沉陷與轉(zhuǎn)角。(2)半無限體彈性地基模型： 把地基看作一個均質(zhì)、連續(xù)、彈性的半無限體。優(yōu)點：反映了地基的連續(xù)整體性 從幾何上、物理上對地基進行簡化缺點：彈性假設(shè)沒有反映土壤的非彈性性質(zhì)， 均質(zhì)假設(shè)沒有反映土壤的不均勻性，半無限體的假設(shè)沒有反映低級的分層特點，模型數(shù)學(xué)處理比較復(fù)雜，應(yīng)用上受限， 計算結(jié)果比實際的大。第6章淺埋式結(jié)構(gòu)1、淺埋式結(jié)構(gòu)概念是指其覆蓋土層較薄，不滿足壓力拱成拱條件 (H±

11、;<(22.5)h 1, h1為壓力拱高)或軟土地層中覆蓋層 厚度小于結(jié)構(gòu)尺寸的地下結(jié)構(gòu)。采用深或淺埋式的因素包括：建筑物的使用要求，環(huán)境條件，地質(zhì)條件，防護等級，以及施工能力等。?常采用明挖法施工，比較經(jīng)濟。但在地面環(huán)境條件要求苛刻的地段，也可采用管幕法、箱涵頂進法等暗挖法施工。?結(jié)構(gòu)形式：直墻拱、矩形框架和梁板式結(jié)構(gòu)，或者是上述型式的組合。直墻拱：從結(jié)構(gòu)受力分析看，拱形結(jié)構(gòu)主要承受軸向壓力，彎矩和剪力都較小。拱頂部分按照其軸線形狀又可分為：半圓拱、割圓拱、拋物線拱等多種形式。矩形閉合框架：具有空間利用率高，挖掘斷面經(jīng)濟，且易于施工的優(yōu)點。矩形閉合框架的頂?shù)装鍨樗綐?gòu)件，承受的彎矩較拱

12、形結(jié)構(gòu)大，故一般做成鋼筋混凝土。梁板式結(jié)構(gòu)：在地下水位較高或防護等級要求較高的工程中，一般除內(nèi)部隔墻，均做成箱形閉合框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。廳P荷載類型類別1水土壓力、結(jié)構(gòu)自重重®S2地面超載活載3特殊福載偶然荷載4車輛爆炸荷載r偶然荷載5地晨福載偶然荷載P2、熟悉矩形閉合框架結(jié)構(gòu)的下算和方也。 荷載計算（D頂板上的荷載（覆土壓力、水壓力、頂板自重、hi）tan2（45-）q側(cè)e路面活載、ew特載一，e覆土壓力q土y i(hi,eA/水壓力q水w w hwwh頂板自重q rd頂板材料的特載qt頂?shù)孛娉dq（2）底板上的荷載h ij iJbij(.ij ip bqMiMj jdsEI 對于

13、粘土甲=0.7假戒他擇反戔為1g線愈他31p 0（3）側(cè)墻上的荷載（側(cè)向壓力、水取、特載）x1 11 X2 22 X3 232p0沖北1向用力32 X3 333pO側(cè)向水壓力對于砂土 W=1 3、淺埋式結(jié)構(gòu)考慮與不考慮彈性地基影響有何區(qū)別淺埋式結(jié)構(gòu)考慮彈性地基影響與一般平面框架的區(qū)別：底板承受未知的地基彈性反力而使內(nèi)力分析變?yōu)閺?fù)雜。彈性地基上平面框架的內(nèi)力計算時將底板按照彈性地基梁來考慮，可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法4、配筋：由于溫度變化、沉陷不勻由于溫度變化、沉陷不勻、材料收縮、地震荷載等因素也會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力， 在構(gòu)造上采取適當(dāng)措施，加配一些構(gòu)造鋼筋，設(shè)置伸縮縫和沉降縫等5、內(nèi)力計算 i'

14、;p一框架基本結(jié)構(gòu)在外荷載作用下產(chǎn)生的位移（不包括底板）biq底板按彈性地基梁在外荷載q作用下算出的切口處Xi方向的位移M一框架基本結(jié)構(gòu)在單位力作用下產(chǎn)生的位移（不包括底板）bij 底板按彈性地基梁在單位力Xj作用下算出的切口處Xi方向的位移第10章盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)1、盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)點：掘進速度快，周圍環(huán)境影響小，施工不受季節(jié)影響，松軟含水層，埋深較大的長大隧道更具 技術(shù)與經(jīng)濟的優(yōu)越性斷面形式的選型：q頂ihi whw d q；頁q襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段保護開挖面以防止土體變形、i坍塌及泥水滲入，并承受盾構(gòu)推進時千斤頂頂力及其它施工荷載；在隧道竣工后作為永久性支撐結(jié)構(gòu)，并防止泥水滲入，同時支承襯砌

15、周圍的水、土壓力以及使用階 段某些特殊需要的荷載，以滿足結(jié)構(gòu)的預(yù)期使用要求。依據(jù)隧道的使用目的、地層條件以及施工方法，合理選擇襯砌的強度、結(jié)構(gòu)、形式和種類等。盾構(gòu)隧道橫斷面一般有圓形、矩形、半圓型、馬蹄形、橢圓形等多種型式，最常用的為圓型與矩型。在飽和含水軟土地層中修建隧道，由于頂壓和側(cè)壓較為接近，較有利的結(jié)構(gòu)型式是選用圓形結(jié)構(gòu)。2、管片的形式鋼筋混凝土管片(箱形管片：一般用于較大直徑的隧道。單塊管片重量較輕，管片本身強度不如平板形管片，特別在盾構(gòu)頂力作用下易開裂； 平板形管片：用于較小直徑的隧道，單塊管片重量較重，對盾構(gòu)千斤頂頂力具有較大的抵抗能力，正常運營時對隧道通風(fēng)阻力較小)鑄鐵管片：管

16、片較輕，耐蝕性好，機械加工后管片精度高，能有效地防滲抗漏。缺點是金屬消耗量大, 機械加工量也大，價格昂貴。鋼管片：優(yōu)點是重量輕、強度高。缺點是剛度小，耐銹蝕性差，需進行機械加工以滿足防水要求。成本昂貴，金屬消耗量大，國外在使用鋼管片的同時，再在其內(nèi)澆注混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)襯。復(fù)合管片：外殼采用鋼板制成，在鋼殼內(nèi)澆注鋼筋混凝土，組成一復(fù)合結(jié)構(gòu)，具重量比鋼筋混凝土管 片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小。缺點是鋼板耐蝕性差，加工復(fù)雜冗繁。3、襯砌按形成方式分類：分為裝配式襯砌和擠壓混凝土襯砌。裝配式襯砌的特點：1 .安裝后能立即承受荷載；2 .管片生產(chǎn)工廠化，質(zhì)量易于保證，管片安裝機械化，方

17、便快捷；3 .其接縫處防水需要采取特別有效的措施。擠壓混凝土襯砌特點：1 .自動化程度高，施工速度快；2 .整體式襯砌結(jié)構(gòu)可以達到理想的受力、防水要求，建成的隧道有滿意的使用效果;3 .采用鋼纖維混凝土能提高薄形襯砌的抗裂性能；4 .在滲透性較大的砂礫層中要達到防水要求尚有困難。4、裝配式襯砌拼裝形式：通縫和錯縫兩種。選擇管片接頭構(gòu)造：土體的適用性經(jīng)濟適用性荷載的確定：自重g= n 6n豎向土壓 q ri h' i 1拱背土壓 G 2(1 -) RhX 丫4地面超載取20KN/m側(cè)向均勻主動土壓 p1 qtan2 (45° -W/2) -2c - tan (45°

18、- W/2 )側(cè)向三角形主動土壓P2=2Ry tan2(45° -甲側(cè)向土壤抗力Pk=k - y水壓 p= 丫 w hw，rr q 一 r冗拱底反力 P k=q+ tt g+0.2146Rd - - - R 丫 w25、管片接頭構(gòu)造管片間的接頭有兩類，沿縱向(接頭面平行于縱軸)的稱縱向接頭，沿環(huán)向(接頭面垂直于縱軸)的 稱環(huán)向接頭。從其力學(xué)特性可分為柔性接頭和剛性接頭；前者要求相鄰管片間允許產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動與壓縮，使整個襯砌能屈從于內(nèi)力的方向產(chǎn)生一定的變 形，后者則是通過增加螺栓數(shù)量等手段，力圖在構(gòu)造上使接頭的剛度與構(gòu)件本身相同?；镜慕宇^結(jié)構(gòu)有螺栓接頭（直螺栓、斜直螺栓、彎螺栓）、較

19、接頭、銷插入式接頭（暗銷接頭、 縱徑向銷接頭）、楔形接頭、樺接頭等等。6、隧道防水及其綜合處理（1）襯砌的抗?jié)B襯砌埋設(shè)在含水地層內(nèi)，承受著一定靜水壓力，必須具有相當(dāng)?shù)目節(jié)B能力，襯砌本身的抗?jié)B能力要求： 1）合理提出襯砌本身的抗?jié)B指標(biāo)。2）經(jīng)過抗?jié)B試驗的混凝土的合適配合比，嚴(yán)格控制水灰比，一般不大于0.4,另加塑化劑以增加混凝土的和易性。3）襯砌構(gòu)件的最小混凝土厚度和鋼筋保護層。4）管片生產(chǎn)工藝：振搗方式和養(yǎng)護條件的選擇。5）嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗制度。6）減少管片在堆放、運輸和拼裝過程中的損壞率。（2）管片制作精度1）管片制作精度對于隧道防水效果具有很大的影響。管片制作精度不夠引起隧道漏水。2）制

20、作精度較差的管片，再加上拼裝誤差的累計，往往導(dǎo)數(shù)襯砌拼裝縫不密貼而出現(xiàn)了較大的初始接隙，當(dāng)管片防水密封墊的彈性變形量不能適應(yīng)初始接隙時就會漏水。3）管片制作精度的不夠，造成管片的頂碎和開裂，造成漏水。4）必須要有一個高精度的鋼模.（3）接縫防水的基本技術(shù)要求1）保持永久的彈性狀態(tài)和具有足夠的承壓能力，使之適應(yīng)隧道長期處于“蠕動”狀態(tài)而產(chǎn)生的接縫 張開和錯動。2）具有令人滿意的彈性期齡和工作效能。3）與混凝土構(gòu)件具有一定的粘結(jié)力。4）能適應(yīng)地下水的侵蝕。（4）二次襯砌1）常采用雙層襯砌。2）在外層裝配式襯砌已趨基本穩(wěn)定的情況下，進行二次內(nèi)襯澆搗，在內(nèi)襯混凝土澆筑前應(yīng)對隧道內(nèi) 側(cè)的滲漏點進行修補堵

21、漏，污泥以高壓水沖澆、清理。3）內(nèi)襯混凝土層的厚度根據(jù)防水和內(nèi)襯混凝土施工的需要，至少不得小于150mm也有厚達300mm有在外層襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)直接澆搗兩次內(nèi)襯混凝土；也有在外層襯砌白內(nèi)側(cè)面先噴注20mmi的找平層，再鋪設(shè)油氈或合成橡膠類的防水層， 再澆注內(nèi)襯混 凝土層。4）內(nèi)襯混凝土一般都采用混凝土泵再加鋼模臺車配合分段進行，每段大致為 8lOm左右。內(nèi)襯混凝 士每二十四小時進行一個施工循環(huán)。隧道頂拱部分混凝土質(zhì)量不易保證，尚需預(yù)留壓漿孔進行壓注填5）也有用噴射混凝土進行二次襯砌。第11章沉管法施工沉管法的優(yōu)點：（1）隧道可緊貼河床最低點設(shè)置，隧道較短（2）隧道主體結(jié)構(gòu)在干塢中工廠化預(yù)制，具有很好的水密性（3）對地基的適應(yīng)性強（4）接頭數(shù)量少，防水性能好缺點:(1)需要一個占地較大的干塢，市區(qū)內(nèi)難以實施(2)基槽開挖數(shù)量較大，需要進行清淤，對航運和市區(qū)影響較大(3)管節(jié)浮運、沉放作業(yè)需考慮水文、氣象條件影響第14章 整體式隧道結(jié)構(gòu)1、體式隧道結(jié)構(gòu)形式以及受力特點和適用條件：(1)半襯砌結(jié)構(gòu)：適用于堅硬的巖層，無水平應(yīng)力影響，只構(gòu)拱圈不構(gòu)側(cè)墻。(2)厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)：適用中硬巖層；特點拱將上部壓力傳到拱兩側(cè)的圍巖上，拱與薄墻無聯(lián)系(3)直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)：適用于一般巖層；是一種廣泛利用