地下建筑结构-第三讲

第三讲地下工程的两种计算理论1荷载-结构法（实用阶段：朗肯、库伦土压力）2地层-结构法（理论阶段：有限元法），发展趋势（一）经典土压力理论1静止土压力（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（1）基本假定P13（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（2）计算推导过程（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（3）粘性土中等效内摩擦角（a）经验：c每增加10kPa，内摩擦角可提高3~7度，平均5度。（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（3）粘性土中等效内摩擦角（b）抗剪强度相等：Dctantan)tanarctan(cD)tanarctan(rhcD（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（3）粘性土中等效内摩擦角（c）朗肯土压力相等：)245(tan)245tan(2)245(tan02002Dahche)245tan(21).245tan(arctan290000rhcD缺点：低墙保守，高墙危险（一）经典土压力理论1库伦土压力理论（4）粘性土库伦主动土压力公式cos.sin.)sin().sin(.cos.sin.)sin().sin(.aaaKKE（一）经典土压力理论2朗肯土压力理论（1）基本假定P172朗肯土压力理论245tan02aK（二）考虑地下水时水土压力计算1水土分算和水土合算（1）水土分算：砂性土和粉土（2）水土合算：粘性土（二）考虑地下水时水土压力计算2土的抗剪强度试验方法与指标问题（1）直剪仪慢剪—三轴仪固结排水剪（CD）（2）直剪仪固结快剪—三轴仪固结不排水剪（CU）（3）直剪仪不固结快剪—三轴仪不固结不排水剪（UU）2.3岩土体压力的计算2.3.2围岩压力的计算围岩压力：位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。2.3岩土体压力的计算围岩压力的种类2.3岩土体压力的计算Hq浅埋结构垂直围岩压力的计算不考虑摩擦影响的围岩压力集度为：Hq浅埋结构：当地下结构上覆岩层较薄时，通常人为覆盖层全部掩体重量作用于地下结构。浅埋结构垂直围岩压力的计算qqFGQ2G-----ABCD体的总重量；F-----AB或CD面对G的摩擦力。浅埋结构垂直围岩压力的计算qq由几何关系：)245tan(22201haaHaG12Hha)245tan(20浅埋结构垂直围岩压力的计算qq)245(tan02HeeDA)245(tan21022HEAB（CD）面水平土压力分布：AB(CD)面所受总的水平力：AB(CD)面所受摩擦阻力：tan)245(tan21tan022HEF浅埋结构垂直围岩压力的计算qqtan)245(tan)245tan(20220HhaHQtan)245(tan2120211aHHaQq所以得：考虑摩擦影响的围岩压力集度为：浅埋结构垂直围岩压力的计算qqtan)245(tan)245tan(20220HhaHQtan245tan021maxaHtan245tan0221maxaQmax021max21tan245tan2Haq将上式对H求导，并令其为零，则可求得产生最大围岩压力的深度：在这个深度上的围岩压力总值为：围岩集度为：浅埋结构垂直围岩压力的计算qq由此可知，在Hmax这个深度上，摩擦阻力为全部岩石柱重量之半。当H=2Hmax时，Q=0。这表明摩擦阻力已全部克服了岩体下滑的重量。浅埋结构垂直围岩压力的计算qq实际上不能认为当地下结构埋置深度H2Hmax时地下结构上完全没有围岩压力作用。这是因为我们研究的是松散的围岩，而不是一个刚性的块体。对于下滑的松散体来说，虽然两侧的摩擦阻力在数值上已超过岩石柱的全部重量，但是远离摩擦面（特别是跨中）的岩块将因其自重而脱落。深埋结构垂直围岩压力的计算qq深埋结构是指当地下结构的埋深大到这样一种程度，以致两侧摩擦阻力远远超过了滑移柱的重量。卸荷拱压力拱深埋结构垂直围岩压力的计算qq当地下结构上方具有足够厚度的覆盖层时，由于卸荷拱起到将岩体中立转嫁给洞室两侧的作用，因而只有压力拱内的岩体重量作用在结构上。卸荷拱压力拱kfah11cfktan压力拱高度：其中，普氏系数：深埋结构垂直围岩压力的计算在地下结构设计中，常忽略压力拱曲线所造成的荷载集度的差别，垂直围岩压力取均布形式：1hq1hq水平围岩压力只是对较松软（fk2）的岩层才考虑。水平围岩压力的计算任一深度z处的水平围岩压力集度为：1hq)245(tan02zez底部围岩压力：在某些松软岩层中构筑地下建筑物，由于在衬砌侧墙底部轴向压力作用下，或某些岩层，如黏性土层及石膏等遇水膨胀，都有可能使洞室底部产生隆起现象。这种由于围岩隆起而对衬砌底板产生的作用力，叫做底部围岩压力。底部围岩压力的计算1hq第3章弹性地基梁理论弹性地基梁：是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。如铁路枕木，钢筋混凝土条形基础梁等。弹性地基梁与普通梁的区别：1、弹性地基梁----无限次超静定；普通梁----有限次超静定：2、弹性地基梁----要考虑地基变形；普通梁----不要考虑地基变形：弹性地基梁计算模型1、温克尔地基模型（也称弹簧模型）kpy（2）表达式：（1）假设：地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。弹性地基梁计算模型1、温克尔地基模型（也称弹簧模型）（3）优缺点优点：1）参数少，便于应用；2）计算地基梁是，可以考虑梁本身的实际弹性变形。缺点：1）没有考虑地基中的剪应力；2）没有考虑地基连续性。弹性地基梁计算模型2、半无限体弹性地基模型（1）基本假设：地基是均质、连续、弹性的半无限体。弹性地基梁计算模型2、半无限体弹性地基模型（2）优缺点优点：1）考虑地基的联系整体性；2）弹性力学的古典问题（数学解析解）。缺点：1）弹性假设-----------实际上土是塑性体；2）均质假设-----------土层是非均质，各向异性的。3）半无限体假设-----不能反映地基的分层特点。