土木工程4年各科復(fù)習(xí)資料

1、地下結(jié)構(gòu)定義I:在保留上部地層的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修筑 的建筑結(jié)構(gòu)物。地下結(jié)構(gòu)的組成：承載結(jié)構(gòu)（地層即使承載結(jié)構(gòu)的組成部分，又是形成荷載的主要來源） 支護(hù)結(jié)構(gòu)即襯砌或稱為被覆（兩個(gè)最基本的使用要求：一是滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度要求以承受外 荷載，二是提供一個(gè)能滿足使用要求的工作環(huán)境）支護(hù)結(jié)構(gòu)2個(gè)最基本的使用要求：一是滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度要求，以承受諸如 水、土壓力以及一些特殊使用要求的外荷載，二是提供一個(gè)能滿足使用要求的工 作環(huán)境，以便保持隧道內(nèi)部的干燥和清潔。地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算特性|： 1，必須充分認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響2,地下工程周 圍的地質(zhì)體是工程材料，承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)

2、又是產(chǎn)生荷載的來源（即三位一體原理）3,地下 結(jié)構(gòu)施工因素和事件因素會(huì)極大的影響結(jié)構(gòu)體系的安全性4,與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支 護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會(huì)不會(huì)失穩(wěn)，這兩種原因都 能最終導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞5,地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮圍巖的自承 力。地下結(jié)構(gòu)的形式:1，防護(hù)型支護(hù)（如封閉巖面，防止坑道周圍巖體質(zhì)量的進(jìn)一步惡化， 常用噴漿，噴射混凝土或局部錨桿來完成）2,構(gòu)造型支護(hù)（當(dāng)坑道開挖后局部掉塊或崩塌， 但不會(huì)造成整個(gè)坑道失穩(wěn)或破壞，采用構(gòu)造型支護(hù)，如噴射混凝土，錨桿和金屬網(wǎng)，模筑混 凝土等）3,承載型支護(hù)（是坑道支護(hù)的主要類型，分為輕，中，

3、重型）（對(duì)于承載型結(jié)構(gòu)， 其斷面形式主要由使用、地質(zhì)和施工3個(gè)因素綜合決定。工程地質(zhì)條件好、跨度小或埋深較 淺時(shí)，常采用矩形結(jié)構(gòu)；工程地質(zhì)條件較差、圍巖壓力較大，特別是承受較大的靜水壓力時(shí)， 常采用圓形結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)條件介與兩者之間是，按具體荷載的大小和結(jié)構(gòu)尺寸來決定， 如以豎直壓力為主是，則用直墻拱形結(jié)構(gòu)為宜；跨度較大時(shí)，可用落地拱結(jié)構(gòu)，且底板做成 倒拱形。）襯砌按制造方式分為:1,就地灌注整體式混凝土襯砌（模筑混凝土，剛度大，整齊美觀， 進(jìn)度快，質(zhì)量容易控制）2,錨噴支護(hù)（柔性支護(hù)，能吸收圍巖變形,能有效的限制洞周位 移）3,復(fù)合式襯砌（先柔后剛，先錨噴，后模鑄，與初期支護(hù)的結(jié)合狀態(tài)好，但

4、表面不光 滑）4,裝配式襯砌（工廠預(yù)制，施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝，加快施工進(jìn)度，提高工程質(zhì)量）地下結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展與現(xiàn)狀：1,剛性結(jié)構(gòu)階段（此階段認(rèn)為，地下結(jié)構(gòu)主動(dòng)荷載是 地層壓力產(chǎn)生，計(jì)算模型為三鉸拱靜定體系，內(nèi)力計(jì)算按靜力學(xué)原理計(jì)算）2,彈性結(jié)構(gòu)階 段（此階段地下結(jié)構(gòu)按彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算，考慮地層對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 的彈性反力的約束作用，對(duì)圍巖自身承載力的認(rèn)識(shí)又分為兩個(gè)階段（1）假定彈性反力階段，（2）彈性地基梁階段）3,連續(xù)介質(zhì)階段（最重要的特征是把支護(hù)結(jié)構(gòu)和巖體作為一個(gè)統(tǒng) 一的力學(xué)題進(jìn)行分析，即三位一體的特性，圍巖是荷載來源，承載結(jié)構(gòu)，工程材料）現(xiàn)代支護(hù)理論與傳統(tǒng)支護(hù)理論件的區(qū)別:

5、1,對(duì)圍巖和圍巖壓力的認(rèn)識(shí)（傳統(tǒng)理論認(rèn)為圍 巖壓力由洞室塌落的圍巖松動(dòng)壓力造成，現(xiàn)代理論認(rèn)為圍巖有自承能力）2,圍巖與支護(hù)間 的相互關(guān)系（傳統(tǒng)理論將圍巖和支護(hù)分開考慮，采用荷載一結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)代理論將圍巖和支 護(hù)作為一個(gè)統(tǒng)一體，采用圍巖-支護(hù)體系）3,在支護(hù)功能和作用原理上（傳統(tǒng)支護(hù)為了承 受荷載，現(xiàn)代支護(hù)為了及時(shí)穩(wěn)定和加固圍巖）4,計(jì)算方法（傳統(tǒng)支護(hù)主要是確定作用在支 護(hù)上的荷載，現(xiàn)代支護(hù)設(shè)計(jì)的作用荷載是巖體的地應(yīng)力，由圍巖和支護(hù)共同承載）5,在支 護(hù)形式和工藝上地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型必須符合的條件:1,與實(shí)際工作狀態(tài)一直，能反應(yīng)圍巖的實(shí)際狀態(tài)， 以及圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)2,荷載假定應(yīng)在修建洞

6、室工程中荷載發(fā)生的情況一致3, 計(jì)算出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的應(yīng)力變化護(hù)額破壞現(xiàn)象一致4,材 料性質(zhì)和屬性表達(dá)式要等價(jià)結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型I：原理是按照圍巖分級(jí)或由實(shí)用公式確定圍巖壓力，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié) 構(gòu)變形的約束作用是通過彈性支承來體現(xiàn)的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支 承的約束能力時(shí)間接的考慮。所包含的模型：1，主動(dòng)荷載模型2,主動(dòng)荷載加固圍巖彈性 約束的模型3，實(shí)地量測(cè)荷載模式連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計(jì)算模型:1，又稱圍巖-結(jié)構(gòu)模型，按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理及變形協(xié)調(diào)條 件分別計(jì)算襯砌與圍巖中的的內(nèi)力，并據(jù)以驗(yàn)算地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)。2,圍 巖結(jié)構(gòu)模型有稱為現(xiàn)代巖體力

7、學(xué)模型。將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一個(gè)整體，共同承載，故又稱 為符合整體模型。3,圍巖-結(jié)構(gòu)模型是發(fā)展中的模型，適用于新奧法施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)，噴 錨支護(hù)和復(fù)合式襯砌。4,圍巖結(jié)構(gòu)模型中，常用的數(shù)值計(jì)算法中主要是以有限單元法為主。 5,收斂一約束法，也是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計(jì)算方法，可按照量測(cè)的洞周收斂值進(jìn)行發(fā)虧和監(jiān) 控，以指導(dǎo)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工。 地下結(jié)構(gòu)計(jì)算流程:1、初步擬定截面尺寸2、確定其上作用的荷載3、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 驗(yàn)算4、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算5、內(nèi)力組合6、配筋設(shè)計(jì)7、安全性評(píng)定8、繪制施工圖襯砌截面尺寸的初步擬定3個(gè)方面:1、襯砌的內(nèi)輪廓必須符合前述地下建筑使用要求和 凈空界限，同時(shí)要選擇符合施工方法的

8、結(jié)構(gòu)斷面形式。斷面要平順圓滑，最好設(shè)計(jì)成封閉式 的，一般都有仰拱。2、結(jié)構(gòu)軸線應(yīng)盡可能地重合在荷載作用下所決定的壓力線上。3、截面 厚度是結(jié)構(gòu)軸線確定以后的重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，要判斷設(shè)計(jì)厚度的截面是否有足夠的強(qiáng)度。從施 工的角度出發(fā)，截面的厚度要滿足最小厚度要求，太薄將使施工操作困難和質(zhì)量不宜保證。橫斷面設(shè)計(jì)|：通常沿縱向截取1m的長(zhǎng)度作為計(jì)算單元，從而將一個(gè)空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成單 位延長(zhǎng)米的平面結(jié)構(gòu)按平面應(yīng)變進(jìn)行分析。初始應(yīng)力場(chǎng)的組成|：概念（由于巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造作用，在開挖隧道前巖體中就已 經(jīng)存在的地應(yīng)力場(chǎng)。）自重應(yīng)力場(chǎng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。自重應(yīng)力場(chǎng)是指在上覆巖體自重所產(chǎn)生的 應(yīng)力場(chǎng)，它是地心引力和離心

9、慣性力共同作用的結(jié)果；構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是指地殼各處發(fā)生的一切 構(gòu)造形變與破裂所形成的地應(yīng)力，其形成原因，按時(shí)間分為由過去地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的以 及巖石在形成過程中由于熱力和構(gòu)造作用引起的叫做構(gòu)造殘余應(yīng)力現(xiàn)在活動(dòng)和變化的構(gòu) 造運(yùn)動(dòng)成為新造應(yīng)力。如地震巖體自重應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律：1、地應(yīng)力是隨深度呈線性增加的；2、水平應(yīng)力總是小于 垂直應(yīng)力，最多也只能與其相等；3、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)改變了自重應(yīng)力場(chǎng)的狀態(tài)，這在實(shí)際工 程中不容忽視。4、深度對(duì)初始應(yīng)力狀態(tài)有重大影響構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律:|（1）地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的變化不僅改變了自重應(yīng)力場(chǎng)，還以各種 形式積蓄在巖體內(nèi)（2）在不深的地方普遍存在，最大構(gòu)造應(yīng)力的方向?yàn)樗剑?/p>

10、水平應(yīng)力 普遍大于自重應(yīng)力場(chǎng)中的水平應(yīng)力分量。（3）構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)很不均勻。地下圍巖工程性質(zhì)3方面| :物理性質(zhì) 水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)巖石強(qiáng)度|：（是指抵抗各種力的作用而不被破壞的能力）通常有抗壓強(qiáng)度（一般用劈裂 實(shí)驗(yàn)確定）、抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度（三軸壓縮實(shí)驗(yàn)確定）。由單軸拉伸試驗(yàn)得到的最大應(yīng)力定 義為抗拉強(qiáng)度，一般可用劈裂試驗(yàn)確定?？箟簭?qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比謂之脆性度。抗剪強(qiáng)度指 在三軸試驗(yàn)得到的破壞應(yīng)力園的包絡(luò)線與軸相交的長(zhǎng)度，與此同時(shí)可以決定內(nèi)摩擦角。19巖體的4種結(jié)構(gòu)類型|：整體結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)作用的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間而增加的現(xiàn)象稱為蠕變；應(yīng)變不變，而應(yīng)力隨時(shí)間衰減 的現(xiàn)象稱

11、為松弛。圍巖分級(jí)|：根據(jù)巖體完整程度和巖石強(qiáng)度等主要指標(biāo)在給予定性和定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上， 按其穩(wěn)定性將圍巖分為工程性質(zhì)不同的若干級(jí)別。工程設(shè)計(jì)的圍巖一般分級(jí)滿足以下條件： 形式簡(jiǎn)單、含義明確、便于實(shí)際應(yīng)用，一 般分為5級(jí)或6級(jí) 分級(jí)參數(shù)要包括影響圍巖穩(wěn)定性的主要參數(shù)，他們的指標(biāo)應(yīng)該在現(xiàn)場(chǎng) 或室內(nèi)快速、簡(jiǎn)便獲得 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡量科學(xué)化、定量化，并簡(jiǎn)明實(shí)用 錨噴支護(hù)圍 巖穩(wěn)定性分級(jí)，應(yīng)能較好的為錨噴支護(hù)的工程類比設(shè)計(jì)、監(jiān)控設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)服務(wù)。 技 能是銀勘察階段初步劃分圍巖級(jí)別，又能適應(yīng)施工階段詳細(xì)劃分圍巖級(jí)別。影響圍巖穩(wěn)定性的因素| 1，地質(zhì)因素包括（1）巖體的結(jié)構(gòu)類型（2）結(jié)構(gòu)面性質(zhì) 和空間的組合（

12、在圍巖分級(jí)中，可以從以下方面研究結(jié)構(gòu)面對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性影響的大小 a,地質(zhì)構(gòu)造的影響程度b，結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與發(fā)育情況c，風(fēng)化程度）（3）巖石的力學(xué)性質(zhì)（4） 圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)（5）地下水狀況（地下水對(duì)圍巖的影響a,使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，b， 在軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體中，使夾層軟化，巖體滑動(dòng)c,在膨脹性質(zhì)巖體中，使巖體膨脹，產(chǎn)生 很大的變形。）2,人為因素（1）坑道的尺寸和形狀（2）施工中采用的開挖方法隧道圍巖分級(jí)單一性巖性指標(biāo)單一的綜合巖性指標(biāo)多因素決定性和定量的指 標(biāo)相結(jié)合多因素組合的復(fù)合指標(biāo)洞室開挖之前就已經(jīng)存在著的處于相對(duì)穩(wěn)定和平衡狀態(tài)中的應(yīng)力場(chǎng)稱為初始應(yīng)力場(chǎng)或 原巖應(yīng)力場(chǎng)隧道周圍一定范圍內(nèi)對(duì)洞

13、身的穩(wěn)定有影響的巖（土）體叫圍巖，而把重新分布后的應(yīng)力 狀態(tài)叫做二次應(yīng)力狀態(tài)或圍巖應(yīng)力狀態(tài)。洞室開挖后圍巖應(yīng)力狀態(tài)的特征及影響因素:初始應(yīng)力場(chǎng)的影響開挖斷面形式 的影響巖體結(jié)構(gòu)特性的影響巖體力學(xué)特性質(zhì)對(duì)圍巖二次應(yīng)力的影響洞室開挖后圍巖 應(yīng)力的空間效應(yīng)時(shí)間效應(yīng)的影響施工方法的影響。無支護(hù)坑道圍巖的破壞和變形：脆性破壞塊狀破壞彎曲折斷破壞松動(dòng)解脫塑性變形和剪切破壞圍巖壓力變形壓力松動(dòng)壓力膨脹壓力沖擊壓力松動(dòng)壓力塌方形態(tài)|局部塌方拱形塌方異性塌方坑道開挖后，圍巖基本上是向隧道內(nèi)移動(dòng)的，只有在一定的值下，在水平直徑處圍巖有向 兩側(cè)擴(kuò)張的趨勢(shì)。而且在多數(shù)的情況下，拱頂位移均大于側(cè)壁位移。圍巖壓力的基本概

14、念：是指由于洞室開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)，圍巖產(chǎn)生變形或破壞所引 起的作用在襯砌上的壓力（1）變形壓力：是由于圍巖變形受到支護(hù)的抑制而產(chǎn)生的。按其 成因可分為：彈性變形壓力、塑性變形壓力、流變壓力。（2）松動(dòng)壓力：由于開挖而松動(dòng)或 塌落的巖體，以重力形式直接作用在支護(hù)上的壓力。（3）膨脹壓力：巖體具有吸水膨脹崩解 的特性，其膨脹、崩解、體積增大可以是物理性，也可以是化學(xué)性的。由于圍巖膨脹崩解而 引起的壓力成為膨脹壓力。（4）沖擊壓力：在圍巖積聚了大量的彈性變形能之后，由于開挖 突然釋放出來是產(chǎn)生的壓力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，當(dāng)?shù)孛媾c隧道頂部之間的巖層厚度超過塌方平均高度的2-2.5倍以上時(shí)， 一般可以作為

15、深埋隧道處理。現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理主要內(nèi)容現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理是建立在圍巖與支護(hù)的共同作用基 礎(chǔ)上 充分發(fā)揮圍巖自承載能力是現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理的一個(gè)基本觀點(diǎn)，并由此降低圍巖壓 力以改善支護(hù)的受力性能 現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理的另一個(gè)支護(hù)原則是盡量發(fā)揮支護(hù)材料 本身的承載力。 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量和監(jiān)控設(shè)計(jì)是現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理種的一項(xiàng)重要內(nèi)容現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理要求按巖體的不同地質(zhì)和力學(xué)特征選用不同的支護(hù)方法、力學(xué)模型、 相應(yīng)的計(jì)算方法以及不同的施工方法理想支護(hù)的機(jī)構(gòu)基本要求必須能與周圍巖體大面積地牢固接觸，即保證支護(hù)一圍巖體 系作為一個(gè)統(tǒng)一的整體工作。 要允許支護(hù)一圍巖體系產(chǎn)生有限的變形，以充分發(fā)揮圍 巖的承載能力，從而減少

16、支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，協(xié)調(diào)地發(fā)揮兩者的共同工作用總是早期支護(hù)的 作用，并是早期的支護(hù)與后期支護(hù)相配合，協(xié)調(diào)一致工作，主動(dòng)控制圍巖變形必須保證支 護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)及時(shí)，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)；要根據(jù)圍巖的動(dòng)態(tài)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不斷變 化的圍巖狀態(tài)支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型:1，剛型支護(hù)結(jié)構(gòu)，承受強(qiáng)大的松動(dòng)地壓，具有足夠大的剛性和截面 尺寸。2,柔性支護(hù)，進(jìn)行及時(shí)的支護(hù)，限制圍巖過大的變形而出現(xiàn)的松動(dòng)，有能根據(jù)圍巖 的變化情況及時(shí)調(diào)整參數(shù)。3,復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，初期采用噴錨支護(hù)，讓圍巖釋放掉大部分 的變形和壓力，然后施加二次襯砌，承受余下的圍巖變形和地壓，以維持圍巖穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的錨噴支護(hù)|：錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨

17、桿混凝土支護(hù)、鋼筋網(wǎng)噴射 混凝土支護(hù)、錨桿鋼支撐噴射混凝土支護(hù)、錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。錨噴支護(hù)的組成及力學(xué)作用(錨噴支護(hù)的優(yōu)點(diǎn))：錨噴支護(hù)在一定條件下具有技術(shù)先進(jìn)， 經(jīng)濟(jì)合理，質(zhì)量可靠，適用范圍廣的顯著優(yōu)點(diǎn)。錨噴支護(hù)能充分發(fā)揮圍巖的自承能力和支護(hù) 材料的承載能力。錨噴支護(hù)屬于柔性薄型支護(hù)，易調(diào)節(jié)圍巖變形，發(fā)揮圍巖自承能力。此外， 噴層能把松動(dòng)的避免黏結(jié)在一起與天平裂隙凹穴的作用，減小圍巖松動(dòng)和應(yīng)力集中，同時(shí)又 是很好的隔水和防風(fēng)化材料，能及時(shí)封閉圍巖。總之，噴錨支護(hù)的工藝特點(diǎn)使它具有支護(hù)及 時(shí)性，柔性，圍巖與支護(hù)的密貼性，封閉性，施工的靈活性，從而充分發(fā)揮圍巖的自承作用 和材料的承載作用。錨桿的作用|： (1)錨桿早期作用：阻止破碎巖塊掉落并抑制淺部圍巖擴(kuò)容和離層。(2)錨 桿的中期作用：將破壞區(qū)巖層與穩(wěn)定層相連，阻止破壞巖層垮落。提高其承載能力。(3)錨 桿的后期作用：可以阻止破壞巖層滑落，保持頂板巖層的穩(wěn)定性。所謂信息設(shè)計(jì)