地下建筑結構復習

地下建筑結構復習第一章緒論

1.1簡述地下建筑結構的概念及形式:地下建筑結構即埋置于地層內(nèi)部的結構。包括襯砌結構和內(nèi)部結構兩部分。要考慮地下結構與周圍巖土體的共同作用。地下建筑結構的形式主要由使用功能、地質(zhì)條件和施工技術等因素確定。根據(jù)地質(zhì)情況差異可分為土層和巖層內(nèi)的兩種形式。土層地下建筑結構分為①淺埋式結構②附建式結構③沉井(沉箱)結構④地下連續(xù)墻結構⑤盾構結構⑥沉管結構⑦其他如頂管和箱涵結構。巖石地下建筑結構形式主要包括直墻拱形、圓形、曲墻拱形，還有如噴錨結構、穹頂結構、復合結構。

1.2簡述地下建筑結構設計程序及內(nèi)容:設計工作一般分為初步設計和技術設計兩個階段;初步設計主要內(nèi)容:①工程等級和要求,以及靜、動荷載標準的確定②確定埋置深度和施工方法③初步設計荷載值④選擇建筑材料⑤選定結構形式和布置⑥估算結構跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽纰呃L制初步設計結構圖⑧估算工程材料數(shù)量及財務概算。技術細節(jié)主要內(nèi)容:①計算荷載②計算簡圖③內(nèi)力分析④內(nèi)力組合⑤配筋設計⑥繪制結構施工詳圖⑦材料、工程數(shù)量和工程財務預算1.3地下建筑結構的優(yōu)缺點有哪些:優(yōu)點①被限定的視覺影響②地表面開放空間③有效的土地利用④有效的往來和輸送方式⑤環(huán)境和利益⑥能源利用的節(jié)省和氣候控制⑥地下的季節(jié)濕度的差異⑧自然災害的保護⑨市民防衛(wèi)⑩安全⑾噪聲和震動的隔離⑿維修管理

缺點獲得眺望和自然采光機會有限進入和往來的限制能源上的限制1.4地下建筑結構的工程特點:①建筑結構替代了原來的地層(承載作用)②地層荷載隨施工過程是發(fā)生變化的③地質(zhì)條件影響地層荷載④地下水準結構設計影響大④設計考慮施工、使用的整個階段⑤地層與結構共同的承載體系⑥地層的成拱效應1.5地下建筑地下建筑結構地上建筑區(qū)別:計算理論設計和施工方法不同，地下建筑結構所承受的荷載比地面結構復雜,因為地下建筑結構埋置于地下，其周圍的巖土體不僅作為荷載作用于地下建筑結構上，而且約束著結構的移動和變形。第二章

地下建筑結構的荷載

2.1地下建筑荷載分哪幾類:按其存在的狀態(tài),可以分為靜荷載（結構自重，巖土體壓力）、動荷載（地震波，爆炸產(chǎn)生沖擊）和活荷載（人群物件和設備重量,吊車荷載）三大類

2.2簡述地下建筑荷載的計算原則:需進行最不利情況的組合,先進性個別荷載單獨作用下的結構各部件截面內(nèi)力,再進行最不利的內(nèi)力組合,得出各設計控制截面的最大內(nèi)力。

2.3土壓力可分為幾種形式？其大小關系如何:土壓力分為靜止土壓力E0、主動土壓力力Ea、被動土壓力Ep,則Ep>E0>Ea

2.4靜止土壓力是如何確定的:在擋土結構在土壓力作用下，結構不發(fā)生變形和任何位移,背后填土處于彈性平衡狀態(tài),則作用于結構上的側向土壓力,稱為靜止土壓力。靜止土壓力可根據(jù)半無限彈性體的應力狀態(tài)求解。

2.5庫侖理論的基本假設是什么？并給出其一般土壓力計算公式:基本假設:①擋土墻墻后土體為均質(zhì)各向同性的無黏性土②擋土墻是剛性的且長度很長,屬于平面應變問題③擋土墻后土體產(chǎn)生主動土壓力或被動土壓力時,土體形成滑動碶體,滑裂面為通過墻踵的平面④墻頂處土體表面可以是水平的也可以是傾斜面,傾斜面與水平面的夾角為β角⑤在滑裂面和墻背面上的切向力分別滿足極限平衡條件。

P=γh^2K/2

2.6應用庫侖理論如何確定黏性土中的土壓力大小:庫侖土壓力理論是根據(jù)無黏性土的情況導出,沒有考慮黏性土的黏聚力,因此,當擋土結構處于黏性土層時,應該考慮黏聚力的有利影響。在工程實踐中可采用換算的等效內(nèi)摩擦角來進行計算或在庫侖理論基礎上,考慮土的黏聚力作用可適用填土表面為一傾斜平面,其上作用有均布超載的一般情況。

2.7簡述朗肯土壓力理論的基本假設:基本假定:①擋土墻背豎直,墻面光滑,不計墻面與土層之間的摩擦力擋土墻后填土的表面為水平面,土體向下和沿水平方向都能伸展到無窮,即為半無限空間擋土墻后填土處于極限平衡狀態(tài)

2.8如何計算分層土的土壓力:采用湊合的方法,按轉換成相應的當量土層,分兩種情況①按第i層土的物理力學指標計算第i層的土壓力②按第1－i層土的加權平均指標進行計算

2.9考慮地下水時的水平壓力如何計算的:水壓力分算和水壓力合算,對砂性土和粉土,可按水土分算原則進行,對黏性土可根據(jù)現(xiàn)場情況和工程經(jīng)驗,按水土分算或合算進行。水土分算是采用浮重度計算土壓力,按靜水壓力計算水壓力,然后兩者相加即為總的側壓力。水土合算是采用土的飽和重度計算總的水、土壓力。穩(wěn)態(tài)滲流時水壓力的計算

2.10簡述圍巖壓力的概念及影響因素:圍巖壓力就是指位于地下結構周圍變形或破壞的巖層,作用在襯砌結構或支撐結構上的壓力。分為圍巖垂直壓力、圍巖水平壓力、圍巖底部壓力。影響圍巖壓力的因素很多,主要與巖體的結構、巖石的強度、地下水的作用、洞室的尺寸與形狀、支護的類型和剛度、施工方法、洞室的埋置深度和支護時間等因素相關。其中巖體穩(wěn)定性的關鍵之一在于巖體結構面的類型和特征。

2.11簡述圍巖壓力計算的兩種理論方法？二者有何區(qū)別:兩種理論分別為①按松散體理論計算圍巖壓力,當?shù)叵陆Y構上覆巖層較薄時。通常認為覆蓋層全部巖體重量作用于地下結構。這時地下結構所受的圍巖壓力就是覆蓋層巖石柱的重量。深埋結構是指地下結構的埋深大到這樣一種程度,以致兩側摩擦阻力遠遠超過了滑移柱的重量,深埋結構的圍巖壓力是研究地下洞室上方一個局部范圍內(nèi)的壓力現(xiàn)象部分巖體的穩(wěn)定性,這部分巖體稱為巖石拱,只有以下巖體重量對結構產(chǎn)生壓力,稱此為壓力拱,為二次拋物曲線。水平圍巖壓力只對較松軟的巖層才考慮。由于圍巖隆起而對襯砌底板產(chǎn)生的作用力叫底部圍巖壓力②按彈塑性體理論計算圍巖壓力

2.12簡述彈性抗力的基本概念？其值大小與哪些因素有關:地下建筑結構除承受主動荷載作用外（如圍巖壓力、結構自重等）,還承受一種被動荷載,即地層的彈性抗力。巖土體將制止結構的變形,從而產(chǎn)生了對結構的反作用力,對這個反作用力習慣上稱彈性抗力。彈性抗力大小和分布規(guī)律不僅決定于結構的變形,還與地層的物理力學性質(zhì)有著密切的關系。

2.13如何確定彈性抗力:目前有兩種理論,一種是局部變形理論,認為彈性地基某點上施加的外力只會引起該點的沉陷。另一種是共同變形理論,即認為彈性地基上的一點外力,不僅引起該點發(fā)生沉陷,而且還會引起附近一定范圍的地基沉陷

2.14簡述溫克爾假定:假設認為地層的彈性抗力與結構變位成正比。

2.15如何考慮初始地應力、釋放荷載和開挖效應:初始地應力的確定對巖石地層,可分為自重地應力和狗找地應力兩部分,而土層一般僅有自重地應力。圍巖與支護間形變壓力的傳遞，是一個隨時間的推進而逐漸發(fā)展的過程。這類現(xiàn)象稱時間效應。有限元分析中,形變壓力常在計算過程中同時確定,而作為開挖效應的模擬,直接施加的荷載是在開挖邊界上施加的釋放荷載。釋放荷載可有已知初始地應力或與前一步開挖相應的應力場確定。2.16分析新奧法和錨噴支護的聯(lián)系和區(qū)別:新奧法和錨噴支護兩者都可以增加圍巖的穩(wěn)定性,在地下工程中應用廣泛。新奧法是應用巖體力學理論,以維護和利用圍巖的自承能力為基點,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段,及時的進行支護,控制圍巖的變形和松弛,使圍巖成為支護體系的組成部分,并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。噴錨支護是指借高壓噴射水泥混凝土和打入巖層中的金屬錨桿的聯(lián)合作用(根據(jù)地質(zhì)情況也可分別單獨采用)加固巖層,分為臨時性支護結構和永久性支護結構。噴混凝土可以作為洞室圍巖的初期支護,也可以作為永久性支護。噴錨支護是使錨桿、混凝土噴層和圍巖形成共同作用的體系,防止巖體松動、分離。2.17何如區(qū)分深淺埋:深淺埋隧道分界深度為2~2.5倍的塌方平均高度值；以隧道頂部覆蓋層能否形成自然拱為原則圖求解超靜定結構時,直接求得是節(jié)點處的內(nèi)力,然后利用平衡條件可以求得各桿任意截面處的內(nèi)力。節(jié)點彎矩(計算彎矩)雖然比附近截面的彎矩打,但其對應的截面高度是側墻的高度,所以實際不利的截面則是側墻邊緣處的截面,對應的截面彎矩稱為設計彎矩。6.5淺埋式結構的適用場合:常用于覆蓋土層較薄，不滿足壓力拱成拱條件(H土＜(2～2.5)h1，h1為壓力拱高)或軟土地層中覆蓋層厚度小于結構尺寸的地區(qū)第七章沉井和沉管結構7.1沉井和沉箱結構的特點：①軀體結構剛性大,斷面大,承載力高,抗?jié)B能力強,耐久性好,內(nèi)部空間可有效利用②施工場地占地面積較小,可靠性良好③適用土質(zhì)范圍廣(淤泥土、砂土、黏土、沙礫等土層均可施工)④施工深度大⑤施工時周圍土體變形較小,因此對鄰近建筑（構筑）物的影響小,適合近接施工,尤其是壓氣沉箱工法對周圍地層沉降造成的影響極?、蘧哂辛己玫目拐鹦阅?。7.2沉井結構:沉井是一個上無蓋下無底的井筒狀結構物,利用結構自重作用而下沉入土,即在地面筑成的“半成品”沉入土中,在地下完成結構物施工。7.3沉管隧道的特點:①對地質(zhì)水文條件適應性強,施工方法簡單②施工工期短,對航運干擾最小，施工質(zhì)量容易保證③工程造價較低④有利于多車道和大斷面布置⑤接頭少、密實度高、隧道防滲效果好⑥具有很強的抵抗戰(zhàn)爭破壞和抗自然災害的能力。7.4試述沉井的構造及各部位的作用:①井壁:承受在下沉過程中各種最不利荷載組合(水土壓力)所產(chǎn)生的內(nèi)力。同時有足夠的重量,使沉井能在自重作用下順利下沉到設計標高②刃腳:主要功用是減少下沉阻力③內(nèi)隔墻:增加沉井在下沉過程中的剛度并減小井壁跨徑④封底及頂蓋:防止地下水滲入井內(nèi)有集水井內(nèi)⑤底梁和框架:在比較大型的沉井中,如由于使用要求,不能設置內(nèi)隔墻,則可在沉井底部增設底梁,并構成框架以增加沉井在施工下沉階段和使用階段的整體剛度。7.5說明沉管施工的步驟:先在隧址以外建造臨時干塢,在干塢內(nèi)制作鋼筋混凝土的隧道管段（道路隧道用的管段每節(jié)長60～140m,兩端用臨時封墻封閉。向臨時干塢內(nèi)灌水,使管段逐節(jié)浮出水面,并用拖輪拖運到指定位置。于設計隧位處預先挖好一個水底溝槽。待管段定位就緒后,向管段里灌水壓載,使之下沉。沉設完畢的管段在水下聯(lián)接起來。進行基礎處理，經(jīng)覆土回填后,便筑成了隧道。第八章地下連續(xù)墻8.1地下連續(xù)墻：利用挖槽機械,借助于泥漿的護壁作用,在地下挖出窄而深的溝槽,并在其內(nèi)澆注混凝土而形成一道具有防滲(水)、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體。8.2地下連續(xù)墻的優(yōu)缺點:優(yōu)點①施工時對環(huán)境影響小.沒有噪音,無振動,不必放坡,可緊鄰相近的建筑和地下設施施工②墻體剛度大,整體性好,結構和地基變形都較小,即可用于超深圍護結構,也可用作主體結構③連續(xù)墻為整體連續(xù)結構,耐久性和抗?jié)B性好④可實行逆作法施工,有利于施工安全,加快施工進度⑤適用于多種地質(zhì)條件。缺點棄土和廢泥漿處理。除增加工程費用外,若處理不當,還會造成新的環(huán)境污染地質(zhì)條件和施工的適應性問題槽壁坍塌問題④現(xiàn)澆地下連續(xù)墻的墻面通常較粗糙,如果對墻面要求較高,雖可使用噴漿或噴砂等方法進行表面處理或另作襯壁來改善,但增加工作量⑤地下連續(xù)墻如用作施工期間的臨時擋土結構,不如采用鋼板樁尚可拔出重復使用來得經(jīng)濟。

8.3地下連續(xù)墻的適用條件:①基坑深度大于10m②軟土地基或砂土地基③在密集的建筑群或重要的地下管線條件下施工，對基坑工程周圍地面沉降和位移值有嚴格限制的地下工程④圍護結構與主體結構相結合,對抗?jié)B有嚴格要求時⑤采用逆作法施工,內(nèi)襯與護壁形成復合結構的工程。第九章盾構法9.1盾構法：在盾構保護下修筑軟土隧道的一類施工方法。這類方法的特點是地層掘進、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和盾尾間隙注漿充填等作業(yè)都在盾構保護下進行,并需隨時排除地下水和控制地面沉降,因而是工藝技術要求高、綜合性強的一類施工方法。9.2盾構法施工的優(yōu)缺點及適用范圍:優(yōu)點①具有良好的隱蔽性,噪聲、震動等引起的公害小,施工費用不受埋置深度而影響②機械化及自動化程度高,勞動強度低③隧道穿越河底、海底及地面建筑群時下部時,可完全不影響航道通行和地面建筑的正常使用④適宜在不同顆粒條件下的土層中施工⑤多車道的隧道可做到分期施工,分期運營,可減少一次性投資。缺點不能完全防止盾構施工區(qū)域內(nèi)的地表變形當工程對象規(guī)模較小時(小于400m),工程造價相對較高盾構一次掘進的長度有限④當隧道覆土小于0.5Ds(Ds為盾構外徑)時,盾構開挖面土體穩(wěn)定較困難;適用于各類軟土地層和軟巖、硬巖地層的隧道掘進,尤其適用于城市地下隧道工程包括:水底公路隧道、地鐵區(qū)間隧道、排水污水隧道、引水隧道、公用管線隧道。9.3什么是盾構法施工:是一種較為先進的頂涵施工方法,是在保留傳統(tǒng)頂涵施工,橋涵結構路側預制工藝的基礎上,對結構頂進支護方法進行了重大改革,將明挖開槽改為地下暗挖盾構支護,暗挖推進減低了施工對行車的影響。盾構由鋼柱、鋼梁、盾殼、子盾構、液壓推進系統(tǒng)、輔助機構六大部分組成。裝配在第一節(jié)框架橋前端的盾構,作為帶土頂進時掘進面與路基的施工支護，同時也擔負頂推導向。9.4整體式隧道襯砌結構有哪幾種形式，各適用于什么條件:①半襯砌結構(在堅硬巖層中，若側壁無坍塌危險,僅頂部巖石可能有局部滑藩時,可僅施作頂部襯砌,不作邊墻,噴一層不小于2cm厚的水泥砂漿護面,即為半襯砌結構)②厚拱薄墻襯砌結構(適宜用在水平壓力較小,且穩(wěn)定性較差的圍巖中。對于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定圍巖中的大跨度、高邊墻洞室,如采用噴錨結構施工裝備條件存在困難,或噴錨結構防水達不到要求時,也可考慮使用。)③直墻拱形襯砌結構(在一般或較差巖層的隧道結構,通常是拱頂與邊墻澆筑在一起,形成一個整體結構,即直墻拱形襯砌結構,這是一種被廣泛應用的隧道結構形式,如鐵路隧道等)④曲墻結構(在很差的巖層中,巖體松散破碎且易于坍塌,襯砌結構一般由拱圈、曲線形側墻和仰拱形底板組成，形成所謂的曲墻襯砌結構)⑤復合襯砌結構(復