土木工程4年各科復(fù)習(xí)資料

1、地下結(jié)構(gòu)定義I:在保留上部地層的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修筑 的建筑結(jié)構(gòu)物。地下結(jié)構(gòu)的組成：承載結(jié)構(gòu)（地層即使承載結(jié)構(gòu)的組成部分，又是形成荷載的主要來源） 支護(hù)結(jié)構(gòu)即襯砌或稱為被覆（兩個最基本的使用要求：一是滿足結(jié)構(gòu)強度剛度要求以承受外 荷載，二是提供一個能滿足使用要求的工作環(huán)境）支護(hù)結(jié)構(gòu)2個最基本的使用要求：一是滿足結(jié)構(gòu)強度、剛度要求，以承受諸如 水、土壓力以及一些特殊使用要求的外荷載，二是提供一個能滿足使用要求的工 作環(huán)境，以便保持隧道內(nèi)部的干燥和清潔。地下結(jié)構(gòu)的計算特性|： 1，必須充分認(rèn)識地質(zhì)環(huán)境對地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響2,地下工程周 圍的地質(zhì)體是工程材料，承載結(jié)構(gòu)，同時

2、又是產(chǎn)生荷載的來源（即三位一體原理）3,地下 結(jié)構(gòu)施工因素和事件因素會極大的影響結(jié)構(gòu)體系的安全性4,與地面結(jié)構(gòu)不同，地下工程支 護(hù)結(jié)構(gòu)安全與否，既要考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)能否承載，又要考慮圍巖會不會失穩(wěn)，這兩種原因都 能最終導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞5,地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題在于充分發(fā)揮圍巖的自承 力。地下結(jié)構(gòu)的形式:1，防護(hù)型支護(hù)（如封閉巖面，防止坑道周圍巖體質(zhì)量的進(jìn)一步惡化， 常用噴漿，噴射混凝土或局部錨桿來完成）2,構(gòu)造型支護(hù)（當(dāng)坑道開挖后局部掉塊或崩塌， 但不會造成整個坑道失穩(wěn)或破壞，采用構(gòu)造型支護(hù)，如噴射混凝土，錨桿和金屬網(wǎng)，模筑混 凝土等）3,承載型支護(hù)（是坑道支護(hù)的主要類型，分為輕，中，

3、重型）（對于承載型結(jié)構(gòu)， 其斷面形式主要由使用、地質(zhì)和施工3個因素綜合決定。工程地質(zhì)條件好、跨度小或埋深較 淺時，常采用矩形結(jié)構(gòu)；工程地質(zhì)條件較差、圍巖壓力較大，特別是承受較大的靜水壓力時， 常采用圓形結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)條件介與兩者之間是，按具體荷載的大小和結(jié)構(gòu)尺寸來決定， 如以豎直壓力為主是，則用直墻拱形結(jié)構(gòu)為宜；跨度較大時，可用落地拱結(jié)構(gòu)，且底板做成 倒拱形。）襯砌按制造方式分為:1,就地灌注整體式混凝土襯砌（模筑混凝土，剛度大，整齊美觀， 進(jìn)度快，質(zhì)量容易控制）2,錨噴支護(hù)（柔性支護(hù)，能吸收圍巖變形,能有效的限制洞周位 移）3,復(fù)合式襯砌（先柔后剛，先錨噴，后模鑄，與初期支護(hù)的結(jié)合狀態(tài)好，但

4、表面不光 滑）4,裝配式襯砌（工廠預(yù)制，施工現(xiàn)場拼裝，加快施工進(jìn)度，提高工程質(zhì)量）地下結(jié)構(gòu)計算理論的發(fā)展與現(xiàn)狀：1,剛性結(jié)構(gòu)階段（此階段認(rèn)為，地下結(jié)構(gòu)主動荷載是 地層壓力產(chǎn)生，計算模型為三鉸拱靜定體系，內(nèi)力計算按靜力學(xué)原理計算）2,彈性結(jié)構(gòu)階 段（此階段地下結(jié)構(gòu)按彈性連續(xù)拱形框架用超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，考慮地層對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生 的彈性反力的約束作用，對圍巖自身承載力的認(rèn)識又分為兩個階段（1）假定彈性反力階段，（2）彈性地基梁階段）3,連續(xù)介質(zhì)階段（最重要的特征是把支護(hù)結(jié)構(gòu)和巖體作為一個統(tǒng) 一的力學(xué)題進(jìn)行分析，即三位一體的特性，圍巖是荷載來源，承載結(jié)構(gòu)，工程材料）現(xiàn)代支護(hù)理論與傳統(tǒng)支護(hù)理論件的區(qū)別:

5、1,對圍巖和圍巖壓力的認(rèn)識（傳統(tǒng)理論認(rèn)為圍 巖壓力由洞室塌落的圍巖松動壓力造成，現(xiàn)代理論認(rèn)為圍巖有自承能力）2,圍巖與支護(hù)間 的相互關(guān)系（傳統(tǒng)理論將圍巖和支護(hù)分開考慮，采用荷載一結(jié)構(gòu)體系，現(xiàn)代理論將圍巖和支 護(hù)作為一個統(tǒng)一體，采用圍巖-支護(hù)體系）3,在支護(hù)功能和作用原理上（傳統(tǒng)支護(hù)為了承 受荷載，現(xiàn)代支護(hù)為了及時穩(wěn)定和加固圍巖）4,計算方法（傳統(tǒng)支護(hù)主要是確定作用在支 護(hù)上的荷載，現(xiàn)代支護(hù)設(shè)計的作用荷載是巖體的地應(yīng)力，由圍巖和支護(hù)共同承載）5,在支 護(hù)形式和工藝上地下結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型必須符合的條件:1,與實際工作狀態(tài)一直，能反應(yīng)圍巖的實際狀態(tài)， 以及圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的接觸狀態(tài)2,荷載假定應(yīng)在修建洞

6、室工程中荷載發(fā)生的情況一致3, 計算出的應(yīng)力狀態(tài)要與經(jīng)過長期實踐使用的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的應(yīng)力變化護(hù)額破壞現(xiàn)象一致4,材 料性質(zhì)和屬性表達(dá)式要等價結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算模型I：原理是按照圍巖分級或由實用公式確定圍巖壓力，圍巖對支護(hù)結(jié) 構(gòu)變形的約束作用是通過彈性支承來體現(xiàn)的，而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的考慮。所包含的模型：1，主動荷載模型2,主動荷載加固圍巖彈性 約束的模型3，實地量測荷載模式連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計算模型:1，又稱圍巖-結(jié)構(gòu)模型，按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理及變形協(xié)調(diào)條 件分別計算襯砌與圍巖中的的內(nèi)力，并據(jù)以驗算地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計。2,圍 巖結(jié)構(gòu)模型有稱為現(xiàn)代巖體力

7、學(xué)模型。將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一個整體，共同承載，故又稱 為符合整體模型。3,圍巖-結(jié)構(gòu)模型是發(fā)展中的模型，適用于新奧法施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)，噴 錨支護(hù)和復(fù)合式襯砌。4,圍巖結(jié)構(gòu)模型中，常用的數(shù)值計算法中主要是以有限單元法為主。 5,收斂一約束法，也是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的計算方法，可按照量測的洞周收斂值進(jìn)行發(fā)虧和監(jiān) 控，以指導(dǎo)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。 地下結(jié)構(gòu)計算流程:1、初步擬定截面尺寸2、確定其上作用的荷載3、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 驗算4、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算5、內(nèi)力組合6、配筋設(shè)計7、安全性評定8、繪制施工圖襯砌截面尺寸的初步擬定3個方面:1、襯砌的內(nèi)輪廓必須符合前述地下建筑使用要求和 凈空界限，同時要選擇符合施工方法的

8、結(jié)構(gòu)斷面形式。斷面要平順圓滑，最好設(shè)計成封閉式 的，一般都有仰拱。2、結(jié)構(gòu)軸線應(yīng)盡可能地重合在荷載作用下所決定的壓力線上。3、截面 厚度是結(jié)構(gòu)軸線確定以后的重點設(shè)計內(nèi)容，要判斷設(shè)計厚度的截面是否有足夠的強度。從施 工的角度出發(fā)，截面的厚度要滿足最小厚度要求，太薄將使施工操作困難和質(zhì)量不宜保證。橫斷面設(shè)計|：通常沿縱向截取1m的長度作為計算單元，從而將一個空間結(jié)構(gòu)簡化成單 位延長米的平面結(jié)構(gòu)按平面應(yīng)變進(jìn)行分析。初始應(yīng)力場的組成|：概念（由于巖體的自重和地質(zhì)構(gòu)造作用，在開挖隧道前巖體中就已 經(jīng)存在的地應(yīng)力場。）自重應(yīng)力場和構(gòu)造應(yīng)力場。自重應(yīng)力場是指在上覆巖體自重所產(chǎn)生的 應(yīng)力場，它是地心引力和離心

9、慣性力共同作用的結(jié)果；構(gòu)造應(yīng)力場是指地殼各處發(fā)生的一切 構(gòu)造形變與破裂所形成的地應(yīng)力，其形成原因，按時間分為由過去地質(zhì)構(gòu)造運動引起的以 及巖石在形成過程中由于熱力和構(gòu)造作用引起的叫做構(gòu)造殘余應(yīng)力現(xiàn)在活動和變化的構(gòu) 造運動成為新造應(yīng)力。如地震巖體自重應(yīng)力場的變化規(guī)律：1、地應(yīng)力是隨深度呈線性增加的；2、水平應(yīng)力總是小于 垂直應(yīng)力，最多也只能與其相等；3、地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)改變了自重應(yīng)力場的狀態(tài)，這在實際工 程中不容忽視。4、深度對初始應(yīng)力狀態(tài)有重大影響構(gòu)造應(yīng)力場的變化規(guī)律:|（1）地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)的變化不僅改變了自重應(yīng)力場，還以各種 形式積蓄在巖體內(nèi)（2）在不深的地方普遍存在，最大構(gòu)造應(yīng)力的方向為水平，且

10、水平應(yīng)力 普遍大于自重應(yīng)力場中的水平應(yīng)力分量。（3）構(gòu)造應(yīng)力場很不均勻。地下圍巖工程性質(zhì)3方面| :物理性質(zhì) 水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)巖石強度|：（是指抵抗各種力的作用而不被破壞的能力）通常有抗壓強度（一般用劈裂 實驗確定）、抗拉強度，抗剪強度（三軸壓縮實驗確定）。由單軸拉伸試驗得到的最大應(yīng)力定 義為抗拉強度，一般可用劈裂試驗確定?？箟簭姸扰c抗拉強度之比謂之脆性度?？辜魪姸戎?在三軸試驗得到的破壞應(yīng)力園的包絡(luò)線與軸相交的長度，與此同時可以決定內(nèi)摩擦角。19巖體的4種結(jié)構(gòu)類型|：整體結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)作用的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時間而增加的現(xiàn)象稱為蠕變；應(yīng)變不變，而應(yīng)力隨時間衰減 的現(xiàn)象稱

11、為松弛。圍巖分級|：根據(jù)巖體完整程度和巖石強度等主要指標(biāo)在給予定性和定量評價的基礎(chǔ)上， 按其穩(wěn)定性將圍巖分為工程性質(zhì)不同的若干級別。工程設(shè)計的圍巖一般分級滿足以下條件： 形式簡單、含義明確、便于實際應(yīng)用，一 般分為5級或6級 分級參數(shù)要包括影響圍巖穩(wěn)定性的主要參數(shù)，他們的指標(biāo)應(yīng)該在現(xiàn)場 或室內(nèi)快速、簡便獲得 評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡量科學(xué)化、定量化，并簡明實用 錨噴支護(hù)圍 巖穩(wěn)定性分級，應(yīng)能較好的為錨噴支護(hù)的工程類比設(shè)計、監(jiān)控設(shè)計理論設(shè)計服務(wù)。 技 能是銀勘察階段初步劃分圍巖級別，又能適應(yīng)施工階段詳細(xì)劃分圍巖級別。影響圍巖穩(wěn)定性的因素| 1，地質(zhì)因素包括（1）巖體的結(jié)構(gòu)類型（2）結(jié)構(gòu)面性質(zhì) 和空間的組合（

12、在圍巖分級中，可以從以下方面研究結(jié)構(gòu)面對隧道圍巖穩(wěn)定性影響的大小 a,地質(zhì)構(gòu)造的影響程度b，結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀與發(fā)育情況c，風(fēng)化程度）（3）巖石的力學(xué)性質(zhì)（4） 圍巖的初始應(yīng)力場（5）地下水狀況（地下水對圍巖的影響a,使巖質(zhì)軟化，強度降低，b， 在軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體中，使夾層軟化，巖體滑動c,在膨脹性質(zhì)巖體中，使巖體膨脹，產(chǎn)生 很大的變形。）2,人為因素（1）坑道的尺寸和形狀（2）施工中采用的開挖方法隧道圍巖分級單一性巖性指標(biāo)單一的綜合巖性指標(biāo)多因素決定性和定量的指 標(biāo)相結(jié)合多因素組合的復(fù)合指標(biāo)洞室開挖之前就已經(jīng)存在著的處于相對穩(wěn)定和平衡狀態(tài)中的應(yīng)力場稱為初始應(yīng)力場或 原巖應(yīng)力場隧道周圍一定范圍內(nèi)對洞

13、身的穩(wěn)定有影響的巖（土）體叫圍巖，而把重新分布后的應(yīng)力 狀態(tài)叫做二次應(yīng)力狀態(tài)或圍巖應(yīng)力狀態(tài)。洞室開挖后圍巖應(yīng)力狀態(tài)的特征及影響因素:初始應(yīng)力場的影響開挖斷面形式 的影響巖體結(jié)構(gòu)特性的影響巖體力學(xué)特性質(zhì)對圍巖二次應(yīng)力的影響洞室開挖后圍巖 應(yīng)力的空間效應(yīng)時間效應(yīng)的影響施工方法的影響。無支護(hù)坑道圍巖的破壞和變形：脆性破壞塊狀破壞彎曲折斷破壞松動解脫塑性變形和剪切破壞圍巖壓力變形壓力松動壓力膨脹壓力沖擊壓力松動壓力塌方形態(tài)|局部塌方拱形塌方異性塌方坑道開挖后，圍巖基本上是向隧道內(nèi)移動的，只有在一定的值下，在水平直徑處圍巖有向 兩側(cè)擴張的趨勢。而且在多數(shù)的情況下，拱頂位移均大于側(cè)壁位移。圍巖壓力的基本概

14、念：是指由于洞室開挖后的二次應(yīng)力狀態(tài)，圍巖產(chǎn)生變形或破壞所引 起的作用在襯砌上的壓力（1）變形壓力：是由于圍巖變形受到支護(hù)的抑制而產(chǎn)生的。按其 成因可分為：彈性變形壓力、塑性變形壓力、流變壓力。（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(hù)上的壓力。（3）膨脹壓力：巖體具有吸水膨脹崩解 的特性，其膨脹、崩解、體積增大可以是物理性，也可以是化學(xué)性的。由于圍巖膨脹崩解而 引起的壓力成為膨脹壓力。（4）沖擊壓力：在圍巖積聚了大量的彈性變形能之后，由于開挖 突然釋放出來是產(chǎn)生的壓力。根據(jù)經(jīng)驗判斷，當(dāng)?shù)孛媾c隧道頂部之間的巖層厚度超過塌方平均高度的2-2.5倍以上時， 一般可以作為

15、深埋隧道處理?，F(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理主要內(nèi)容現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理是建立在圍巖與支護(hù)的共同作用基 礎(chǔ)上 充分發(fā)揮圍巖自承載能力是現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理的一個基本觀點，并由此降低圍巖壓 力以改善支護(hù)的受力性能 現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理的另一個支護(hù)原則是盡量發(fā)揮支護(hù)材料 本身的承載力。 現(xiàn)場監(jiān)控測量和監(jiān)控設(shè)計是現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理種的一項重要內(nèi)容現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理要求按巖體的不同地質(zhì)和力學(xué)特征選用不同的支護(hù)方法、力學(xué)模型、 相應(yīng)的計算方法以及不同的施工方法理想支護(hù)的機構(gòu)基本要求必須能與周圍巖體大面積地牢固接觸，即保證支護(hù)一圍巖體 系作為一個統(tǒng)一的整體工作。 要允許支護(hù)一圍巖體系產(chǎn)生有限的變形，以充分發(fā)揮圍 巖的承載能力，從而減少

16、支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，協(xié)調(diào)地發(fā)揮兩者的共同工作用總是早期支護(hù)的 作用，并是早期的支護(hù)與后期支護(hù)相配合，協(xié)調(diào)一致工作，主動控制圍巖變形必須保證支 護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)及時，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)；要根據(jù)圍巖的動態(tài)及時進(jìn)行調(diào)整和修改，以適應(yīng)不斷變 化的圍巖狀態(tài)支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型:1，剛型支護(hù)結(jié)構(gòu)，承受強大的松動地壓，具有足夠大的剛性和截面 尺寸。2,柔性支護(hù)，進(jìn)行及時的支護(hù)，限制圍巖過大的變形而出現(xiàn)的松動，有能根據(jù)圍巖 的變化情況及時調(diào)整參數(shù)。3,復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，初期采用噴錨支護(hù)，讓圍巖釋放掉大部分 的變形和壓力，然后施加二次襯砌，承受余下的圍巖變形和地壓，以維持圍巖穩(wěn)定。國內(nèi)廣泛應(yīng)用的錨噴支護(hù)|：錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、錨

17、桿混凝土支護(hù)、鋼筋網(wǎng)噴射 混凝土支護(hù)、錨桿鋼支撐噴射混凝土支護(hù)、錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。錨噴支護(hù)的組成及力學(xué)作用(錨噴支護(hù)的優(yōu)點)：錨噴支護(hù)在一定條件下具有技術(shù)先進(jìn)， 經(jīng)濟(jì)合理，質(zhì)量可靠，適用范圍廣的顯著優(yōu)點。錨噴支護(hù)能充分發(fā)揮圍巖的自承能力和支護(hù) 材料的承載能力。錨噴支護(hù)屬于柔性薄型支護(hù)，易調(diào)節(jié)圍巖變形，發(fā)揮圍巖自承能力。此外， 噴層能把松動的避免黏結(jié)在一起與天平裂隙凹穴的作用，減小圍巖松動和應(yīng)力集中，同時又 是很好的隔水和防風(fēng)化材料，能及時封閉圍巖?？傊?，噴錨支護(hù)的工藝特點使它具有支護(hù)及 時性，柔性，圍巖與支護(hù)的密貼性，封閉性，施工的靈活性，從而充分發(fā)揮圍巖的自承作用 和材料的承載作用。錨桿的作用|： (1)錨桿早期作用：阻止破碎巖塊掉落并抑制淺部圍巖擴容和離層。(2)錨 桿的中期作用：將破壞區(qū)巖層與穩(wěn)定層相連，阻止破壞巖層垮落。提高其承載能力。(3)錨 桿的后期作用：可以阻止破壞巖層滑落，保持頂板巖層的穩(wěn)定性。所謂信息設(shè)計