地下建筑结构设计计算理论(设计).ppt

第三章地下建筑结构设计计算理论（设计）主讲：孟杏微2024/5/22 周三本章重点、难点：1、掌握郎肯土压力理论；2、理解库伦土压力理论；3、掌握非圆形隧道等代元法。22024/5/22 周三n问题1：土压力的类型？n问题2：静止土压力计算？n问题3：朗肯主动、被动土压力理论？n问题4：库伦土压力理论？n问题5：特殊条件下朗肯土压力的计算（超载和水）？3.1土压力计算理论32024/5/22 周三3.1土压力计算理论特殊情况下的土压力考虑地下水时水土压力计算？地下水位以下土的重度应取浮重度，并认为地下水对挡土墙产生静水压力，因此作用在墙背上总的侧压力为土压力和水压力之和。42024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论n问题1：围岩的概念？n问题2：初始应力场和二次应力？n问题3：围岩压力的概念？n问题4：圆形洞室围岩线弹性和弹塑性应力分析？n问题5：塑性区半径和松动区半径？52024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（一）围岩的概念及其应力状态 围岩:将开挖后隧道周围发生应力重新分布的岩体称为围岩.初始应力场：由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖洞室前岩体中存在的地应力场。二次应力（次生应力）：围岩中重新分布的应力。62024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（二）围岩压力的基本概念 围岩压力:作用在支护结构上的作用力.洞室开挖之前，地层中的岩体处于复杂的原始应力平衡状态。洞室开挖之后，应力重新分布，从而使围岩产生变形。如在围岩发生变形时及时进行衬砌或围护，阻止围岩继续变形，防止围岩塌落，则围岩对衬砌结构就要产生压力，即所谓的围岩压力。72024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 围岩压力就其表现形式可分为如下四类：变形压力 松动压力 膨胀压力 冲击压力82024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 变形压力：由于围岩变形受到支护的抗力而产生的。按其成因分成三种：弹性变形压力 塑性变形压力 流变压力 92024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 松动压力：由于开挖而松动或塌落的岩体，以重力形式直接作用在支护上的压力：(1)隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹(图a)，可视为变形阶段；(2)顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动(图b)，可视为松动阶段；102024/5/22 周三(3)顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落(图 c)，可视为塌落阶段；(4)顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形(图d)，可视为成拱阶段。3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 112024/5/22 周三(c)(d)(a)(b)松动压力的形成122024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 因塌方形成的自然平衡拱132024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 膨胀压力：由于围岩膨胀崩解而引起的压力。其大小取决于膨胀性粘土矿物的含量和地下水的情况。142024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（三）围岩压力分类 冲击压力：冲击压力是围岩中积累的大量弹性变形能，受开挖的扰动，这些能量突然释放所产生的巨大压力。152024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（四）松动压力计算 深埋隧道:就是指隧道开挖引起的应力重新分布不涉及到地表的隧道。162024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（四）松动压力计算 1、当为单线隧道时:S为围岩级别的等级172024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（四）松动压力计算 1、当为双线隧道时:B5时，i=0.2；B5时，i=0.1；182024/5/22 周三水平均布压力为：3.2岩石力学计算理论（四）松动压力计算 192024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（五）非圆形洞室等代元法 当坑道的形状不是圆形时，可采用将不同形状坑道变换成当量的圆形坑道的方法近似地加以分析。取断面外接圆半径 h为断面高，b为跨度 202024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（五）非圆形洞室等代元法 取圆拱半径 212024/5/22 周三 取大小半径和之半3.2岩石力学计算理论（五）非圆形洞室等代元法 以上三种方法都比较简单，对于隧道工程中常用的高跨比（h/b）0.81.25大体都是适用的。222024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（五）非圆形洞室等代元法 取高度与跨度之和的1/4，此法适用一些大跨度或高边墙的洞室。232024/5/22 周三3.2岩石力学计算理论（五）非圆形洞室等代元法 24