地下設計與方法

1、第一章第一章1.1.地下結構的工作特征地下結構的工作特征：1）結構上承受的荷載：）結構上承受的荷載：來自于洞室開挖后引起周圍地層的變形和坍塌而產(chǎn)生的力（主動荷載），同時結構在荷載作用下發(fā)生的變形又受到地層給予的約束——不確定（彈性抗力）2）地層穩(wěn)固的情況下，圍巖本身就是承載結構。地層自穩(wěn)能力較強時，地下結構將不受或少受地層壓力的荷載作用，否則地下結構將承受較大的荷載直至必須獨立承受全部荷載作用。2.2.地下結構體系的組成及各自的作用地下

2、結構體系的組成及各自的作用1）周圍地層與地下結構共同組成。2）地層（圍巖）作用：①地層既是承載結構的基本組成部分，②是形成荷載的主要來源（3）支護的作用：阻止圍巖的變形，使其達到穩(wěn)定3.3.主動荷載和彈性反力主動荷載和彈性反力1）主動荷載：洞室開挖后引起周圍地層的變形和坍塌而產(chǎn)生的作用力2）彈性反力：地層對襯砌變形的約束作用力（屬于被動性質(zhì)）4.4.支護結構的支護結構的2個最基本的使用要求個最基本的使用要求1）滿足結構強度、剛度要求2）

3、提供一個能滿足使用要求的工作環(huán)境5.5.地下結構設計的一個根本出發(fā)點：地下結構設計的一個根本出發(fā)點：充分發(fā)揮地質(zhì)體本身的承載力6.6.影響地下支護結構形式選擇的因素影響地下支護結構形式選擇的因素？支護結構的支護結構的類型類型及其使用條件？及其使用條件？因素：地層性質(zhì)，工程的使用要求，施工方法等。1）按使用目的分：防護型支護、構造型支護、承載性支護2）按制造方式分：（選擇因素：使用、地質(zhì)、施工）就地灌注整體式混凝土襯砌：用模板澆注混凝土襯

4、砌，剛度較大（礦山法和明挖法）錨噴支護：柔性，能吸收圍巖變形（礦山法）復合式襯砌：先柔后剛，先錨噴后模筑（礦山法）裝配式襯砌：工廠預制，施工現(xiàn)場拼裝（盾構法和掘進機法）7.7.地下結構常采用設計方法地下結構常采用設計方法：結構計算、經(jīng)驗判斷和實地量測相結合的“信息化設計”方法8.8.地下結構計算的力學模型：地下結構計算的力學模型：結構力學模型結構力學模型：以支護結構作為承載主體，圍巖作為荷載的來源，同時考慮其對支護結構的變形約束作用（主

5、動荷載模型、主動荷載加圍巖彈性約束的模型、實地量測荷載模型）連續(xù)介質(zhì)力學模型連續(xù)介質(zhì)力學模型：視圍巖為承載主體，支護結構只是用來約束和限制圍巖的變形，二者共同作用使支護結構體系到達平衡狀態(tài)。9.9.地下結構設計內(nèi)容與步驟地下結構設計內(nèi)容與步驟設計內(nèi)容：結構跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸取⒏鞑糠峙浣畈襟E：步驟：初步擬定截面尺寸、確定其上作用的荷載、結構的穩(wěn)定性驗算、結構內(nèi)力計算、內(nèi)力組合、配筋設計、安全性評價、繪制設計施工圖截面尺寸的確定方

6、法：截面尺寸的確定方法：采用經(jīng)驗類比或推論的方法初步擬定結構尺寸，并按此計算在荷載作用下的截面內(nèi)力并檢算其強度，反復調(diào)整截面尺寸直至合適第二章第二章1.圍巖初始應力場定義圍巖初始應力場定義：由于巖體的自重和地質(zhì)構造作用，在開挖隧道前巖體中就已存在的地應力場組成組成：自重應力場、構造應力場規(guī)律：規(guī)律：1）自重應力場：是指上覆巖體自重所產(chǎn)生的應力場，它是地心引力和離心慣性力共同作用的結果；???niiizHy10?評估基準：0001zyx?

7、???????極高應力4~7高應力4max??csR地應力隨深度線性增加；水平應力總是小于垂直應力，最多也只能與其相等；地質(zhì)構造形態(tài)改變了自重應力場的狀態(tài)；深度對自重應力場有重大影響。2）構造應力場：地質(zhì)構造形態(tài)的變化不僅改變了自重應力場，除了以各種構造形態(tài)獲得釋放外還以各種形式積蓄在巖體內(nèi)；構造應力場在不深的地方普遍存在，最大構造應力場的方向多近似水平，且水平應力普遍大于自重應力場中的水平應力分量甚至垂直應力分量；構造應力場很不均勻支

8、護特性（支護補給）曲線支護特性（支護補給）曲線：指作用在支護上的荷載與支護變形的關系曲線，支護結構所能提供的支護阻力隨著支護結構的剛度而增大，也稱呼支護補給曲線。支護結構特性曲線與圍巖特征曲線交點處的橫坐標為形成平衡體系時洞周發(fā)生的位移，交點縱坐標以下的部分為支護結構上承受的荷載，以上的部分由圍巖來承擔。影響最終平衡狀態(tài)的因素：支護結構的剛度和架設的時間7.7.圍巖壓力圍巖壓力：指由于洞室開挖后的二次應力狀態(tài)，圍巖產(chǎn)生變形或破壞所引起的

9、作用在襯砌上的壓力分類分類：（1）變形壓力：是由于圍巖變形受到支護的抑制而產(chǎn)生的，其大小決定與原巖應力的大小、巖體力學性質(zhì)、支護結構剛度和支護時間。（2）松動壓力：由于開挖而松動或塌落的巖體，以重力形式直接作用在支護上的壓力。（3）膨脹壓力：由于圍巖吸水膨脹崩解的引起的壓力（4）沖擊壓力：巖爆，一般在高地應力的堅硬巖石中發(fā)生（5）變形壓力：支護結構與圍巖在共同變形的過程中對支護結構施加的壓力。8.8.松動圍巖壓力的形成過程松動圍巖壓力的

10、形成過程：洞室的開挖、應力重分布變形開裂松動逐漸塌落自然平衡拱：坑道上方塌落后形成的相對穩(wěn)定的拱9.9.有地下水時，土壓力的計算有地下水時，土壓力的計算①豎向壓力?，在有地下水的范圍內(nèi)用飽和重度。附qhyqii???②側(cè)向壓力對于砂性土可采用水壓力與土壓力分開計算，再疊加的方法對粘性土，則將其視為土壓力的一部分和土壓力一起計算③地基反力：包括結構自重、上部圍巖壓力、附加的路面荷載。第四章第四章1現(xiàn)代支護結構原理現(xiàn)代支護結構原理：1）建立

11、在圍巖和支護共同作用的基礎上2）充分發(fā)揮圍巖自承能力（?不能讓圍巖進入松動狀態(tài)?允許圍巖進入一定程度的塑性狀態(tài)）3）盡量發(fā)揮支護材料本身的承載力4）現(xiàn)場監(jiān)控量測和監(jiān)控設計（信息化設計和施工）5）支護結構要適應圍巖的力學性對支護結構的基本要求對支護結構的基本要求：（1）必須能與圍巖體大面積接觸，即保證支護—圍巖體系作為一個統(tǒng)一的整體工作（2）要允許支護—圍巖體系產(chǎn)生有限制的變形3）重視早期支護，并使其能與后期支護相互配合4）保證支護結構架

12、設及時5）支護結構要根據(jù)圍巖的動態(tài)，及時進行調(diào)整和修改，以適應不斷變化的圍巖狀態(tài)支護結構類型支護結構類型：剛性、柔性、復合式錨噴支護的特點及組成特點特點：屬柔性薄型支護，容易調(diào)節(jié)圍巖變形，發(fā)揮圍巖自承能力；能充分發(fā)揮支護材料的承載能力；能做到及時、迅速，以阻止圍巖出現(xiàn)松動塌落；能減小圍巖松動和應力集中；技術先進，經(jīng)濟合理，質(zhì)量可靠，適用范圍廣，能與其他結構形式組成復合式襯砌。組成：噴混凝土、錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架單層襯砌：除了采用錨噴支護

13、作永久支護外，也可分層施作，層與層之間能保持緊密接觸，既能傳遞徑向應力，也能傳遞切向應力，兩層之間形成一個整體承載類型：鋼纖維模筑混凝土、鋼纖維噴射混凝土以圍巖分級為基礎的經(jīng)驗設計以圍巖分級為基礎的經(jīng)驗設計設計與施工的一般原則：1）對坑道圍巖進行分級2）按圍巖級別選擇支護類型與參數(shù)3）采取各種措施，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動4）調(diào)節(jié)、控制圍巖變形，以便最大限度地發(fā)揮圍巖自身承載能力5）采取正確的施工方法6）依據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)指導設計和施工第五

14、章1.結構力學的計算方法結構力學的計算方法計算模型：1）主動荷載模型：不考慮彈性反力，適用于飽和含水層中的自由變形圓環(huán)，軟基礎上的閉合框架及初步設計中2）假定彈性反力模型，適用于布加耶娃法用于圓形和曲墻拱形的計算3）計算彈性反力模型：適用于彈性地基上的閉合框架與結構形式相適應的計算方法與結構形式相適應的計算方法：1）矩形框架結構：（在設計中不考慮地層的側(cè)向彈性反力）假定彈性反力模型和計算彈性反力模型2）裝配式襯砌：整體結構、多鉸結構，主