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1、第1章：绪论1. 地下建筑结构的定义；2. 隧道及其他地下工程面临的挑战：（1）长大隧道的设计、施工技术；通风防灾技术；（2）特殊地质地层的设计和施工技术；（3）非连续岩体的大变形和破坏分析；（4）大型跨江海桥梁基础、其他深水基础设计和施工问题；（5）隧道的超前地质预报问题；（6）固、液、气的耦合问题；（7）真正适合岩体力学的理论和分析方法；（8）隧道及地下工程的精细化试验及数值模拟技术；（9）新概念、新材料在隧道及地下工程中的应用；（10）IT技术（数字化技术）在隧道及地下工程中的应用3. 城市地下工程面临的挑战：（1）理论研究集中在地下结构和地层的相互作用上；集中在地层损失上及其损伤机理上
2、；（2）岩土力学本构理论与地层适用性研究；（3）开发观测方法，自动报警系统的研究；（4）加固地层的各种类型注浆法、冻结法和地下水位降低法等；（5）开发能够主动控制掌子面功能的隧道掘进机；（6）复杂环境下的设计和施工技术；（7）隧道前方障碍物的探测与排除。4. 地下建筑与地面建筑结构的区别： （1）计算理论、设计和施工方法 （2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。 （3）地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。5. 地下建筑与地面建筑结构计算理论上最主要差别：在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构
3、与周围岩土体的共同作用。6. 地下建筑工程（亦简称地下工程）的分类方法及具体分类按使用功能分类；按周围围岩介质分类；按断面形状分类；按埋置深度分类；按施工材料和断面构造型式分类；按重要程度、防护等级、抗震等级等分类；7. 设计流程和内容。第二章：地下建筑结构设计方法1. 常用的地下建筑结构设计方法：1) 力学分析法2) 工程类比法3) 新奥法思想与信息化设计法4) 解析计算设计方法5) 不连续面分析方法（把存在于裂隙岩体中的块体分为以下五种可能的类型）6) 有限单元方法2. 围岩、围岩压力的概念，围岩压力的确定。3. Terzaghi岩体荷载计算方法作用在隧道顶部支护体上的岩体荷载高度HR(m
4、)与隧道宽度B（m）和高Ht（m）及在埋深超过1.5（B+Ht）之间的关系。4. 岩体力学等级及其经验设计方法；5. 工程岩体分类；6. 简单介绍常用的地下建筑结构设计方法中的解析法和有限单元方法、不连续断面分析方法、NATM法及其适用性和特点等。7. 有限单元方法的分类、计算范围的确定、单元类型的选择。8. 地下建筑结构设计计算理论：土压力计算理论和岩石力学计算理论。9. 土压力的分类、计算，郎肯土压力理论、库伦土压力理论；10. 岩石力学计算理论： 1）围岩压力及分类2）非圆洞室等代圆法：在洞室围岩变形与破坏的简化分析中，常把直墙拱形，曲墙拱形等洞室形状假定为圆形的方法。常用的几种等代圆法
5、： 取断面外接圆半径； 取圆拱半径； 取大小半径和的1/2; 取洞室高度和跨度之和的1/4。（前三种方法对于洞室工程中常用的高跨比在0.81.25的都适用，对于一些大跨、高边墙的洞室采用第四种方法计算）3）圆形洞室的线弹性应力和位移分析对于完整、均匀、坚硬的岩体，无论是分析围岩应力和位移，还是评定围岩的稳定性，采用弹性力学方法都是可以的。对于成层的和节理发育的岩体，如果层理或节理等不连续面的间距和所研究的问题尺寸相比较小，则连续化假定和弹性力学方法也是适用的。（1） 无支护圆形洞室围岩的应力分析；（2） 无支护圆形洞室围岩的位移分析；（3） 有支护圆形洞室围岩的应力和位移分析；4）圆形洞室的弹
6、塑性应力和位移分析（1） 圆形洞室围岩塑性判据；（2） 圆形洞室围岩弹塑性应力分析；第三章 隧道衬砌结构计算补充内容：1. 隧道工程设计：一、隧道在交通事业中的地位及发展（1）隧道的定义：狭义的定义：通常是指用作地下通道的工程建筑物。广义的定义：1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。二、隧道的分类及其作用（1）按用途分（这是隧道分类方法中最为常用的一种）：交通隧道；水工隧道；市政隧道；矿山隧道。（2）按隧道长度分；（3）按断面面积分；（4）按隧道所处的地理位置分。2.
7、 隧道勘察：隧道勘察的目的和隧道勘察的几个阶段。3. 隧道总体设计：3.1 隧道选址的基本原则：1、隧道长度最短；2、隧道两侧展线良好（出洞后利于线路的延伸衔接，利于路基施工）；3、工程地质、水文地质条件良好。3.2 隧道的几何设计3.3 衬砌结构的类型3.4 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线的确定。衬砌断面设计（内轮廓线，轴线和厚度）。3.1 概述隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分，它的结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工水平等选择。按结构形式的不同，隧道结构可分为：半衬砌
8、结构；厚拱薄墙衬砌结构； 直墙拱形衬砌结构；曲墙结构；复合衬砌结构；连拱隧道结构。按断面形状分类：(1)圆形或椭圆形。 (2)直墙拱顶形。 (3)曲墙拱顶形。 (4)据洞室底板情况可分为平底式和仰拱式。 (5)其他形状，如短形、方形，虽转角处应力集中较大下仍被采用。仰拱的概念：是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。 支护系统基本是超静定结构，因此设计和计算时多以超静定结构进行考虑，其中衬砌拱部结构以结构力学中无铰拱理论计算，墙部和仰拱结构以弹性地基梁理论计算。3.2 隧道衬砌上的荷载与分类1.地下结构所承受的荷载，按其作用特点及其使用中可能出现的情况分为以下三类，即：主要
9、荷载，附加荷载和特殊荷载，需要掌握各荷载的分类。(1)主要荷载（长期及经常作用的荷载）：结构自重；回填土层重量；围岩压力；弹性抗力；地下水静水压力和使用荷载。(2)附加荷载（非经常作用的荷载）：灌浆压力；落石荷载，温差应力与收缩应力和施工荷载。(3)特殊荷载（是指偶然可能发生的荷载）：如地震力或战时发生的武器动荷载等。2.普氏山压理论（普氏平衡供理论）的两个基本假定，和围岩压力的计算。3.3 半衬砌结构的设计与计算半衬砌结构：一般指坑道开挖后，只在拱部构筑拱圈，而侧壁不构筑侧墙(或只砌筑构造墙) ，拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上的结构。这种结构适用于洞库跨度比较大的情况，一般修建在地层岩石比较坚
10、硬、稳定、完整性较好的岩层中。3.3.1 计算简图、基本结构及正则方程半衬砌结构内力计算可归结为一个弹性固定无铰拱的力学分析问题（结构力学超静定问题）。简化模型：（具体阐述如何简化） 一、结构体系简化 平面应变问题 二、荷载简化 只包括垂直围岩压力和自重 三、结构形状及支座简化 单位变位及荷载变位的计算拱脚位移计算拱圈截面内力3.4 曲墙式衬砌结构的设计与计算在衬砌结构承受较大的垂直方向和水平方向的围岩压力时，常常采用曲墙式衬砌形式。它由拱圈曲边墙和地板组成，有向上的底部压力时设仰拱。曲墙式衬砌常用于 类围岩中。3.4.1 计算图式：抗力分布规律按结构变形特征的假定；3.4.2 主动荷载作用下
11、的力法方程和衬砌内力3.4.3 最大抗力的计算3.5 直墙式衬砌的设计与计算；直墙拱结构：指拱圈和侧墙作为承重构件的地下结构；构成：拱圈、侧墙和底板；3.5.1 直墙式衬砌计算原理 拱圈按弹性无铰供计算，边墙按弹性地基上的直梁计算，并考虑边墙与拱圈之间的相互影响； 变墙支承拱圈并承受围岩压力； 拱脚区段的弹性抗力假定为二次抛物线分布； Winkler假定成立，即 ； 拱脚位移考虑墙顶变位的影响。3.5.2 边墙的计算 弹性地基上的直梁； 直边墙计算分类： 刚性梁： ； 短梁： ； 长梁 。 边墙为短梁的计算； 长边墙计算； 边墙为刚性梁。3.6 衬砌截面强度验算；1、在算出结构内力之后进行强度
12、检算目前我国公路隧道设计规范规定，隧道衬砌和明洞按破坏阶段检算构件截面强度。2、根据混凝土和石砌材料的极限强度，计算出偏心受压构件的极限承载能力，与构件实际内力相比较，计算截面的抗压（或抗拉）强度安全系数K。检查是否满足规范所要求的数值，即： 3、抗裂要求：4、地基容许承载力：第四章锚喷支护（Shotcrete and Bolting）：是采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固的结构。4.1 概述1、锚喷支护与传统支护的区别；2、锚喷支护的特点4.2 地下洞室破坏类型与机理1、局部落石破坏，防治措施：以锚杆为主的锚喷支护。（锚杆
13、悬吊机理）。2、层状岩体的拉断破坏和折曲破坏，防治措施：以锚杆为主的锚喷支护。（锚杆的组合梁机理）。破坏形式：沿层面张裂、折断塌落、弯曲内鼓。3、剪切破坏：防治措施：多种支护方法组合的综合支护，如：格栅模喷法加锚杆或锚索支护、二次衬砌等。根据围岩应力侧压系数确定剪切破坏位置。 4、岩爆破坏：岩体内储存的弹性应变能突然释放，围岩产生剧烈的脆性断裂，将岩块喷射出来，并伴有强烈震动、气浪、声响。 岩爆条件：高地应力（接近强度）、高储能体（完整、脆性）、附加荷载触发。 5、潮解膨胀破坏。4.3 围岩局部失稳分析方法1、围岩稳定：在一定时间内，在一定的地质力和工程力作用下岩体不产生破坏和失稳。2、影响围岩稳定的因素：岩性、岩体结构、地质构造、构造应力、地下水等因素有关。3、围岩稳定性分析方法：围岩稳定分类法；工程地质类比法；岩体结构分析法；数学力学计算分析法；模拟试验法4、围岩局部失稳的分析步骤：（1）不稳定块体的几何分析；（2）失稳方式的运动学分析；（3）稳定系数的计算分析；（4）不稳定块体的加固计算和锚喷支护强度计算。4.4 锚喷支护设计理论分析法设计（考计算题）
