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1、地下结构设计原理与方法 奇怪得很 人们在倒霉的时候 总会清晰地回忆已经逝去的快乐时光 但在得意的时候 对厄运时光只保有一种但淡漠而不完全的记忆 德国哲学家叔本华 地下结构设计原理与方法 第三章结构设计模型与计算理论的发展 3 1地下结构的形式一 地下工程的分类按照用途的不同 地下工程可分为下列八类 交通隧道 水工隧道 矿山隧道 地下仓库 地下工厂 地下民用与公共建筑 人防工程 国防地下工程 地下结构设计原理与方法 二 地下结构的型式 岩石地下结构的型式岩石地下结构常称为衬砌 或称为被覆 常用的衬砌型式有下列九种 半衬砌 只做拱圈 不做边墙计算半衬砌时 需要考虑拱支座的弹性地基作用 施工时应保证
2、拱脚岩层的稳定性 厚拱薄墙衬砌扩大拱脚式 直墙式衬砌 曲墙式衬砌 离壁式衬砌 拱圈和边墙与岩壁相隔离 其间空隙不做回填 仅拱脚处局部扩大延伸与岩壁顶紧的衬砌 地下结构设计原理与方法 喷锚支护 装配式衬砌 复合式衬砌 地下空间结构 交岔接头 穹顶直墙结构 地下立式油罐 岔洞结构 坑道的交岔接头 土层地下结构的型式土层中的地下结构应具有较高的承载能力 宜优先采用圆形和封闭框架等型式 常用的土层地下结构的型式有九种 地下室结构 或称附建式结构 附属于房屋建筑的地下室 兼作为箱形基础 浅埋式结构 或称单建式结构 梁板结构或框架结构或多跨的连续直墙拱形结构 地下结构设计原理与方法 地道式结构 直墙或曲墙
3、式衬砌 沉井式结构 装配式圆形管片衬砌 盾构法施工 顶管结构 顶进法施工 地下连续墙结构 明挖或盖挖 沉管结构 沉管法施工 开敞式结构 不做顶盖 地下结构设计原理与方法 3 2地下结构计算理论的发展和计算方法分类一 地下结构计算理论的发展 刚性结构阶段 压力线理论 19世纪初 中期 荷载 地层压力 只有主动荷载结构模型 三铰拱静定体系 铰在墙脚和拱顶结构稳定性判定 1 25 1 5式中为拱顶最大横推力 拱顶和墙脚为铰为最小横推力 拱顶和拱脚为铰 地下结构设计原理与方法 弹性结构阶段 弹性连续拱形框架 19世纪后期 超静定结构荷载 地层应力 主动荷载 假定抗力阶段 20世纪初期 假设没有与变形相
4、适应的弹性抗力 假定有任意性 弹性地基梁阶段 20世纪中期 局部变形理论 共同变形理论将边墙视为弹性地基梁 连续介质阶段 20世纪中后期 地下结构与地层是一个受力整体解析解 数值方法阶段 地下结构设计原理与方法 荷载结构法 将围岩对衬砌的作用可简化成荷载 然后计算衬砌在和荷载作用下 产生的内力和变形 地层结构法 衬砌和围岩看成受力变形的整体 按连续介质力学原理来进行分析计算 地下结构设计原理与方法 极限和优化设计阶段容许应力法 极限状态法结构优化设计可靠度设计二 地下结构计算方法的分类按衬砌与地层相互作用考虑方式的不同 地下结构计算方法可大致分为两类 荷载结构法和地层结构法 荷载结构法 弹性连
5、续框架 含拱形 法 假定抗力法 弹性地基梁 含曲梁和圆环 法地层结构法 解析解 数值法 地下结构设计原理与方法 3 3地下结构的设计模型 经验类比模型 荷载结构模型设计原理 按地层 围岩 分类法或由适用公式确定地层压力 按弹性地基上的结构物的计算方法计算衬砌内力 并进行结构截面设计 地层结构模型设计原理 将衬砌和地层视为整体共同受力的统一体系 按变形协调条件分别计算衬砌与地层内力 并据以验算地层的稳定性和进行截面设计 地下结构设计原理与方法 监控设计模型原理 通过现场监测获得围岩力学动态和支护结构工作状态的信息 数据 再通过必要的力学分析 以修改和确定支护结构系统的设计参数和施工对策 监控设计分两个阶段 施工前预设计阶段 修正设计阶段监控设计主要环节 现场监测 数据处理 信息反馈
