隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計主講人馮冀蒙博士隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計主講人0

荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法地層結(jié)構(gòu)模式計算方法復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計單層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

TBM管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計概要主要內(nèi)容荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法主要內(nèi)容第一節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法——圍巖壓力第一節(jié)1、圍巖壓力的基本概念：廣義地講，我們將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱為圍巖壓力。對于無支護的毛洞：使圍巖承載圈受力變形的,洞室開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)就可稱為圍巖壓力；當(dāng)然，對于有支護結(jié)構(gòu)的洞室，自然把作用在支護結(jié)構(gòu)上的作用或荷載稱為圍巖壓力。圍巖壓力按其作用方向，可分為垂直壓力、水平側(cè)向壓力和底部壓力

。一、圍巖壓力

1、圍巖壓力的基本概念：一、圍巖壓力2、圍巖壓力的種類

目前，根據(jù)形成圍巖壓力的成因不同，將圍巖壓力分為四類，即形變壓力、松動壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。

一、圍巖壓力

應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)→發(fā)生向坑道內(nèi)位移→塑性區(qū)進一步擴大→坑道圍巖松弛、崩塌、破壞等幾個過程2、圍巖壓力的種類一、圍巖壓力應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)定義:變形巖體引起的擠壓力或支護抑制變形引起的擠壓力形變壓力

彈性變形壓力塑性變形壓力流變壓力影響因素：原始應(yīng)力、巖體力學(xué)性質(zhì)、支護結(jié)構(gòu)剛度和支護時間。

定義:變形巖體引起的擠壓力或支護抑制變形引起的擠壓力形變壓力定義: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

松動壓力

自然平衡拱：洞室的開挖，若不進行任何支護，周圍巖體會經(jīng)過應(yīng)力重分布→變形→開裂→松動→逐漸塌落的過程，在坑道的上方形成近似拱形的空間后停止塌落。定義: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定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力下面講述形變壓力和松動壓力的計算定義:又稱巖爆，它是在積聚了大量的彈性變形能的圍巖，開挖突然釋放出來時所產(chǎn)生的壓力沖擊壓力定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力下面講述形變壓力和形變壓力的計算作用在支護上的形變壓力，在工程中采用的主要是塑性變形壓力塑性變形壓力的計算形變壓力的計算作用在支護上的形變壓力，在工程中采用的主要是塑形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算一般情況要求：只有知道

才能確定最佳支護結(jié)構(gòu)或最佳支護時間；最小圍巖壓力和圍巖允許位移是等價的。目前對于兩者都沒有較好的計算方法；對于

的情況，我們提出一種估算方法。形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算只有知道形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算

分析過程實際作用在支護上的壓力應(yīng)該是重力和形變壓力的疊加，故（按三角形面積計）形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算分析過程實際作用在松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法②普氏理論③太沙基理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論

堅硬巖體中，坑道側(cè)壁穩(wěn)定，天然拱跨度就是隧道寬度松散和破碎巖體中，坑道側(cè)壁受擾動而滑移，天然拱跨度也相應(yīng)加大

b=bt(bt為隧道的凈寬度的一半)松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論堅硬巖體中松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論

天然拱高度的計算：

圍巖豎向的勻布松動壓力，則為：

圍巖水平的勻布松動壓力按朗肯公式計算：松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論天然拱高松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算③太沙基理論取=1，則與普氏理論的公式一致松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算③太沙基理論取=1，松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算先來說說深、淺埋的判別由埋深經(jīng)驗判定：由埋深與天然拱高度關(guān)系確定：松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算先來說說深、淺埋的判別由埋松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法滑動巖體的重力=滑面上的阻力+支護反作用力（圍巖松動壓力）圍巖松動壓力=滑動巖體重力-滑面上的阻力松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算②全自重型的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算②全自重型的計算方法松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算①豎向壓力：

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

式中的i為各層圍巖的重度，地下水位以上的土體采用天然重度及對應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù);

水位以下的土體采用有效重度及對應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù)計算土壓力。

對于砂性土可采用水壓力與土壓力合算

松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算①豎向壓力：②側(cè)松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算③地基反力：

一般位于地下水位中的結(jié)構(gòu)要做成閉合的，因此，要承受地基反力。地層反力沿襯砌寬度呈豎向均勻分布，其數(shù)值與各種豎向壓力的總和相平衡。包括結(jié)構(gòu)自重、上部圍巖壓力（土壓力及水壓力）及附加的路面荷載等。松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算③地基反力：第二節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法——結(jié)構(gòu)力學(xué)計算方法第二節(jié)一、荷載結(jié)構(gòu)模型計算原理它將支護結(jié)構(gòu)和圍巖分開來考慮:（1）支護結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護結(jié)構(gòu)的彈性支承（2）隧道支護與圍巖的相互作用是通過彈性支承對支護結(jié)構(gòu)施加約束來體現(xiàn)的（3）圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支承的約束能力時間接地考慮一、荷載結(jié)構(gòu)模型計算原理它將支護結(jié)構(gòu)和圍巖分開來考慮:二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

主動荷載模型適用于圍巖與支護結(jié)構(gòu)“剛度比”較小，或飽和含水或用于初步設(shè)計主動荷載模型適用于圍巖與支護結(jié)構(gòu)“剛度比”較小，或飽和含水二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

假定彈性反力模型

幾乎能適用于所有圍巖類型，只不過抗力的大小和范圍不同而已假定彈性反力模型幾乎能適用于所有圍巖類型，只不過抗二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

計算彈性反力模型

如彈性地基上的閉合框架、彈性支承法等計算彈性反力模型如彈性地基上的閉合框架、彈性支承法1矩形框架結(jié)構(gòu)2裝配式襯砌（圓形結(jié)構(gòu)）3拱形結(jié)構(gòu)

重點講述!與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算方法1矩形框架結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型—拱形結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算方法半拱結(jié)構(gòu)：不考慮彈性反力曲墻式襯砌：假定彈性反力直墻式襯砌：假定彈性反力+彈性地基梁—拱形結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算計算模型：①荷載-結(jié)構(gòu)模型②只有豎向荷載的作用，無側(cè)向荷載的作用半拱形結(jié)構(gòu)計算適用條件：①地質(zhì)條件好，不需修邊墻的山嶺隧道；②大型落地拱結(jié)構(gòu),如飛機庫；半拱形結(jié)構(gòu)的適用條件及計算模型計算模型：①荷載-結(jié)構(gòu)模型半拱形結(jié)構(gòu)計算適用條件：①地質(zhì)條件用結(jié)構(gòu)軸線代替原襯砌的橫斷面,縱向長度取1m；拱腳彈性固定在圍巖上，相當(dāng)于彈性固定的無鉸拱;因拱腳截面的剪力很小，而與圍巖間摩擦較大，故徑向位移為0，用徑向剛性連桿表示;半拱形結(jié)構(gòu)計算計算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立用結(jié)構(gòu)軸線代替原襯砌的橫斷面,縱向長度取1m；半拱形結(jié)構(gòu)計半拱形結(jié)構(gòu)計算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在豎向荷載的作用下，結(jié)構(gòu)為自由變形，無彈性抗力(脫離區(qū));

因此，半拱形結(jié)構(gòu)為拱腳彈性固定的無鉸拱（考慮底部地基變形），為三次超靜定結(jié)構(gòu)。計算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立半拱形結(jié)構(gòu)計算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在豎向荷載的半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程的建立

正對稱的結(jié)構(gòu)，作用有正對稱的荷載，利用對稱性，從拱頂切開，取基本結(jié)構(gòu)如右圖半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程的建立正對稱的結(jié)構(gòu)，作用有正半拱形結(jié)構(gòu)計算計算關(guān)鍵：拱頂單位位移和荷載位移的計算；拱腳位移的計算。半拱形結(jié)構(gòu)計算計算關(guān)鍵：1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移計算方法，可求的某一點在單位力作用下，沿k方向的位移（忽略剪力作用）為：

1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

將X1（彎矩），X2（軸力），X3（剪力，取零）以及外荷載作用下結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力代入可得：

1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：將X1（彎矩），X1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

單位位移和荷載位移的計算分兩種情況：（1）當(dāng)半拱為一段規(guī)則圓弧時，可直接積分計算；（2）當(dāng)半拱為多段圓弧時，將圓弧襯砌分塊，采用辛普生求和公式；1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：單位位移和荷載位移的計算典型方程半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程半拱形結(jié)構(gòu)計算2）拱腳位移的計算：基本思路：求出拱腳支承面在單位力（力矩、豎直力、水平力）作用下位移（轉(zhuǎn)角、水平位移）；求出贅余力及外荷載作用下的拱腳反力；由拱腳反力與各單位力位移計算拱腳位移2）拱腳位移的計算：基本思路：2）拱腳位移的計算：（a）單位力作用下，拱腳支承面的位移計算2）拱腳位移的計算：（a）單位力作用下，拱腳支承面的位移計算2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：（b）拱腳支承反力的計算2）拱腳位移的計算：（b）拱腳支承反力的計算隧道工程-圍巖壓力及計算課件2）拱腳位移的計算：（c）拱腳位移計算2）拱腳位移的計算：（c）拱腳位移計算3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算①計算圖示的建立用結(jié)構(gòu)的軸線代替原襯砌斷面;在計算中將拱圈和邊墻作為一個整體，把它看成是一個支承在彈性圍巖上的高拱結(jié)構(gòu)；因底部摩擦力很大，無水平位移；襯砌在以豎向壓力為主的主動荷載作用下，拱圈的頂部發(fā)生向坑道內(nèi)的變形不受圍巖的約束，形成“脫離區(qū)”。襯砌結(jié)構(gòu)的側(cè)面部分則壓向圍巖，形成“彈性反力區(qū)”，引起相應(yīng)的彈性反力。計算原理曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算①計算圖示的建立計算原理曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性反力按蘇聯(lián)布加耶娃法假定分布圖形為月牙形分布，分布圖形用3個特征點控制上零點b（即脫離區(qū)的邊界）與對稱軸線間的夾角一般采用下零點a取在墻底，因該處無水平位移；最大彈性反力點h可假定在襯砌最大跨度處。曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性反力按蘇聯(lián)布加耶娃法假定曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理最大彈性反力點以下圍巖彈性反力對于襯砌的變形還會在圍巖與襯砌間產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力分布規(guī)律最大彈性反力點以上曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理最大彈性反力點以下圍巖彈性反力對于襯曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性地基上的高拱荷載：圍巖壓力彈性反力基底位移（約束）襯砌與圍巖的摩擦力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性地基上的高拱曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算思路在結(jié)構(gòu)與荷載均為對稱的條件下，可以從拱頂切開，以一對懸臂曲梁作為基本結(jié)構(gòu)，切開處贅余力為X1、X2，剪力X3＝0。在主動荷載和彈性反力作用下，根據(jù)拱頂相對轉(zhuǎn)角及相對水平位移為零的條件，可以得到2個典型方程式；X1X2基本結(jié)構(gòu)曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算思路在結(jié)構(gòu)與荷載均為對稱的條件下，可以從利用h點變形協(xié)調(diào)條件來增加1個方程式。根據(jù)疊加原理，h點的最終位移即為:而h點的位移與該點的彈性反力存在下述關(guān)系：由以上可以推導(dǎo)出：利用h點變形協(xié)調(diào)條件來增加1個方程式。根據(jù)疊加原理，h點的最因此，綜上兩點可得：X1X2基本結(jié)構(gòu)計算關(guān)鍵：拱頂單位位移和荷載位移的計算；墻腳位移的計算；最大跨度處荷載位移的計算因此，綜上兩點可得：X1X2基本結(jié)構(gòu)計算關(guān)鍵：曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算1.求主動荷載作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算1.求主動荷載作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算1.求主動荷載作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算1.求主動荷載作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算2.求單位彈性反力作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算2.求單位彈性反力作用下的襯砌內(nèi)力曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算3.位移及最大彈性反力值的計算①主動荷載作用下最大抗力點h點位移的計算外荷載h點的位移＝基底轉(zhuǎn)動引起的h點的位移＋受力引起的h點的位移基底轉(zhuǎn)動引起的h點的位移：曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算3.位移及最大彈性反力值的計算①主動荷載作3.位移及最大彈性反力值的計算受力引起的h點的位移：則外荷載作用下，h點的位移為：3.位移及最大彈性反力值的計算受力引起的h點的位移：則外荷3.位移及最大彈性反力值的計算②單位反力作用下最大抗力點位移的計算h點的位移＝基底轉(zhuǎn)動引起的h點的位移＋受力引起的h點的位移基底轉(zhuǎn)動引起的h點的位移：受力引起的h點的位移：單位彈性反力作用下h點的位移：3.位移及最大彈性反力值的計算②單位反力作用下最大抗力點3.位移及最大彈性反力值的計算③最大彈性反力的計算3.位移及最大彈性反力值的計算③最大彈性反力的計算4.襯砌內(nèi)力計算及校核計算結(jié)果的正確性①利用疊加原理可以求出任意截面最終的內(nèi)力值曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算②拱腳截面最終轉(zhuǎn)角4.襯砌內(nèi)力計算及校核計算結(jié)果的正確性①利用疊加原理可以4.襯砌內(nèi)力計算及校核計算結(jié)果的正確性曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算③按變形協(xié)調(diào)條件，校核整個計算過程：4.襯砌內(nèi)力計算及校核計算結(jié)果的正確性曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算③謝謝謝謝70演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！71隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計主講人馮冀蒙博士隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計主講人72

荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法地層結(jié)構(gòu)模式計算方法復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計單層襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

TBM管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計襯砌結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計概要主要內(nèi)容荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法主要內(nèi)容第一節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法——圍巖壓力第一節(jié)1、圍巖壓力的基本概念：廣義地講，我們將圍巖二次應(yīng)力狀態(tài)的全部作用稱為圍巖壓力。對于無支護的毛洞：使圍巖承載圈受力變形的,洞室開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)就可稱為圍巖壓力；當(dāng)然，對于有支護結(jié)構(gòu)的洞室，自然把作用在支護結(jié)構(gòu)上的作用或荷載稱為圍巖壓力。圍巖壓力按其作用方向，可分為垂直壓力、水平側(cè)向壓力和底部壓力

。一、圍巖壓力

1、圍巖壓力的基本概念：一、圍巖壓力2、圍巖壓力的種類

目前，根據(jù)形成圍巖壓力的成因不同，將圍巖壓力分為四類，即形變壓力、松動壓力、沖擊壓力和膨脹壓力。

一、圍巖壓力

應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)→發(fā)生向坑道內(nèi)位移→塑性區(qū)進一步擴大→坑道圍巖松弛、崩塌、破壞等幾個過程2、圍巖壓力的種類一、圍巖壓力應(yīng)力集中→形成塑性區(qū)定義:變形巖體引起的擠壓力或支護抑制變形引起的擠壓力形變壓力

彈性變形壓力塑性變形壓力流變壓力影響因素：原始應(yīng)力、巖體力學(xué)性質(zhì)、支護結(jié)構(gòu)剛度和支護時間。

定義:變形巖體引起的擠壓力或支護抑制變形引起的擠壓力形變壓力定義: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

松動壓力

自然平衡拱：洞室的開挖，若不進行任何支護，周圍巖體會經(jīng)過應(yīng)力重分布→變形→開裂→松動→逐漸塌落的過程，在坑道的上方形成近似拱形的空間后停止塌落。定義: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定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力下面講述形變壓力和松動壓力的計算定義:又稱巖爆，它是在積聚了大量的彈性變形能的圍巖，開挖突然釋放出來時所產(chǎn)生的壓力沖擊壓力定義:由于圍巖膨脹崩解而引起的壓力膨脹壓力下面講述形變壓力和形變壓力的計算作用在支護上的形變壓力，在工程中采用的主要是塑性變形壓力塑性變形壓力的計算形變壓力的計算作用在支護上的形變壓力，在工程中采用的主要是塑形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算一般情況要求：只有知道

才能確定最佳支護結(jié)構(gòu)或最佳支護時間；最小圍巖壓力和圍巖允許位移是等價的。目前對于兩者都沒有較好的計算方法；對于

的情況，我們提出一種估算方法。形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算只有知道形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算

分析過程實際作用在支護上的壓力應(yīng)該是重力和形變壓力的疊加，故（按三角形面積計）形變壓力的計算最小圍巖（形變）壓力的計算分析過程實際作用在松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法②普氏理論③太沙基理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》推薦方法松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算①統(tǒng)計法——我國《鐵路隧松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論

堅硬巖體中，坑道側(cè)壁穩(wěn)定，天然拱跨度就是隧道寬度松散和破碎巖體中，坑道側(cè)壁受擾動而滑移，天然拱跨度也相應(yīng)加大

b=bt(bt為隧道的凈寬度的一半)松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論堅硬巖體中松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論

天然拱高度的計算：

圍巖豎向的勻布松動壓力，則為：

圍巖水平的勻布松動壓力按朗肯公式計算：松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算②普氏理論天然拱高松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算③太沙基理論取=1，則與普氏理論的公式一致松動壓力的計算深埋隧道松動壓力計算③太沙基理論取=1，松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算先來說說深、淺埋的判別由埋深經(jīng)驗判定：由埋深與天然拱高度關(guān)系確定：松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算先來說說深、淺埋的判別由埋松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法滑動巖體的重力=滑面上的阻力+支護反作用力（圍巖松動壓力）圍巖松動壓力=滑動巖體重力-滑面上的阻力松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算①考慮兩側(cè)巖體挾持作用時松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算②全自重型的計算方法松動壓力的計算淺埋隧道松動壓力計算②全自重型的計算方法松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算①豎向壓力：

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

式中的i為各層圍巖的重度，地下水位以上的土體采用天然重度及對應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù);

水位以下的土體采用有效重度及對應(yīng)的側(cè)壓力系數(shù)計算土壓力。

對于砂性土可采用水壓力與土壓力合算

松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算①豎向壓力：②側(cè)松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算③地基反力：

一般位于地下水位中的結(jié)構(gòu)要做成閉合的，因此，要承受地基反力。地層反力沿襯砌寬度呈豎向均勻分布，其數(shù)值與各種豎向壓力的總和相平衡。包括結(jié)構(gòu)自重、上部圍巖壓力（土壓力及水壓力）及附加的路面荷載等。松動壓力的計算有地下水時土壓力的計算③地基反力：第二節(jié)荷載結(jié)構(gòu)模式計算方法——結(jié)構(gòu)力學(xué)計算方法第二節(jié)一、荷載結(jié)構(gòu)模型計算原理它將支護結(jié)構(gòu)和圍巖分開來考慮:（1）支護結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護結(jié)構(gòu)的彈性支承（2）隧道支護與圍巖的相互作用是通過彈性支承對支護結(jié)構(gòu)施加約束來體現(xiàn)的（3）圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支承的約束能力時間接地考慮一、荷載結(jié)構(gòu)模型計算原理它將支護結(jié)構(gòu)和圍巖分開來考慮:二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

主動荷載模型適用于圍巖與支護結(jié)構(gòu)“剛度比”較小，或飽和含水或用于初步設(shè)計主動荷載模型適用于圍巖與支護結(jié)構(gòu)“剛度比”較小，或飽和含水二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

假定彈性反力模型

幾乎能適用于所有圍巖類型，只不過抗力的大小和范圍不同而已假定彈性反力模型幾乎能適用于所有圍巖類型，只不過抗二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計算彈性反力模型常用計算模型二、常用的計算模型和計算方法主動荷載模型假定彈性反力模型計

計算彈性反力模型

如彈性地基上的閉合框架、彈性支承法等計算彈性反力模型如彈性地基上的閉合框架、彈性支承法1矩形框架結(jié)構(gòu)2裝配式襯砌（圓形結(jié)構(gòu)）3拱形結(jié)構(gòu)

重點講述!與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算方法1矩形框架結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型—拱形結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算方法半拱結(jié)構(gòu)：不考慮彈性反力曲墻式襯砌：假定彈性反力直墻式襯砌：假定彈性反力+彈性地基梁—拱形結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)的計算方法二、常用的計算模型和計算計算模型：①荷載-結(jié)構(gòu)模型②只有豎向荷載的作用，無側(cè)向荷載的作用半拱形結(jié)構(gòu)計算適用條件：①地質(zhì)條件好，不需修邊墻的山嶺隧道；②大型落地拱結(jié)構(gòu),如飛機庫；半拱形結(jié)構(gòu)的適用條件及計算模型計算模型：①荷載-結(jié)構(gòu)模型半拱形結(jié)構(gòu)計算適用條件：①地質(zhì)條件用結(jié)構(gòu)軸線代替原襯砌的橫斷面,縱向長度取1m；拱腳彈性固定在圍巖上，相當(dāng)于彈性固定的無鉸拱;因拱腳截面的剪力很小，而與圍巖間摩擦較大，故徑向位移為0，用徑向剛性連桿表示;半拱形結(jié)構(gòu)計算計算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立用結(jié)構(gòu)軸線代替原襯砌的橫斷面,縱向長度取1m；半拱形結(jié)構(gòu)計半拱形結(jié)構(gòu)計算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在豎向荷載的作用下，結(jié)構(gòu)為自由變形，無彈性抗力(脫離區(qū));

因此，半拱形結(jié)構(gòu)為拱腳彈性固定的無鉸拱（考慮底部地基變形），為三次超靜定結(jié)構(gòu)。計算圖式、基本結(jié)構(gòu)及典型方程的建立半拱形結(jié)構(gòu)計算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在豎向荷載的半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程的建立

正對稱的結(jié)構(gòu)，作用有正對稱的荷載，利用對稱性，從拱頂切開，取基本結(jié)構(gòu)如右圖半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程的建立正對稱的結(jié)構(gòu)，作用有正半拱形結(jié)構(gòu)計算計算關(guān)鍵：拱頂單位位移和荷載位移的計算；拱腳位移的計算。半拱形結(jié)構(gòu)計算計算關(guān)鍵：1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移計算方法，可求的某一點在單位力作用下，沿k方向的位移（忽略剪力作用）為：

1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

將X1（彎矩），X2（軸力），X3（剪力，取零）以及外荷載作用下結(jié)構(gòu)各截面內(nèi)力代入可得：

1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：將X1（彎矩），X1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：

單位位移和荷載位移的計算分兩種情況：（1）當(dāng)半拱為一段規(guī)則圓弧時，可直接積分計算；（2）當(dāng)半拱為多段圓弧時，將圓弧襯砌分塊，采用辛普生求和公式；1）拱頂單位位移和荷載位移的計算：單位位移和荷載位移的計算典型方程半拱形結(jié)構(gòu)計算典型方程半拱形結(jié)構(gòu)計算2）拱腳位移的計算：基本思路：求出拱腳支承面在單位力（力矩、豎直力、水平力）作用下位移（轉(zhuǎn)角、水平位移）；求出贅余力及外荷載作用下的拱腳反力；由拱腳反力與各單位力位移計算拱腳位移2）拱腳位移的計算：基本思路：2）拱腳位移的計算：（a）單位力作用下，拱腳支承面的位移計算2）拱腳位移的計算：（a）單位力作用下，拱腳支承面的位移計算2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：2）拱腳位移的計算：（b）拱腳支承反力的計算2）拱腳位移的計算：（b）拱腳支承反力的計算隧道工程-圍巖壓力及計算課件2）拱腳位移的計算：（c）拱腳位移計算2）拱腳位移的計算：（c）拱腳位移計算3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：3）襯砌截面內(nèi)力的計算：曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算①計算圖示的建立用結(jié)構(gòu)的軸線代替原襯砌斷面;在計算中將拱圈和邊墻作為一個整體，把它看成是一個支承在彈性圍巖上的高拱結(jié)構(gòu)；因底部摩擦力很大，無水平位移；襯砌在以豎向壓力為主的主動荷載作用下，拱圈的頂部發(fā)生向坑道內(nèi)的變形不受圍巖的約束，形成“脫離區(qū)”。襯砌結(jié)構(gòu)的側(cè)面部分則壓向圍巖，形成“彈性反力區(qū)”，引起相應(yīng)的彈性反力。計算原理曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算①計算圖示的建立計算原理曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性反力按蘇聯(lián)布加耶娃法假定分布圖形為月牙形分布，分布圖形用3個特征點控制上零點b（即脫離區(qū)的邊界）與對稱軸線間的夾角一般采用下零點a取在墻底，因該處無水平位移；最大彈性反力點h可假定在襯砌最大跨度處。曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理彈性反力按蘇聯(lián)布加耶娃法假定曲墻拱形結(jié)構(gòu)計算計算原理最大彈