地层结构法
地下结构的地层结构计算方法
模型建立要点
midas地层结构算例
第七章 地层结构法的适用性
位移清零
模型建立要点
midas地层结构算例
初始地 应力场
计算开挖边界 等效结点力
删除开挖网格 反向施加结点力
确定释放系数
第七章 地层结构法的适用性
荷载分步释放 与围岩特性
岩爆
模型建立要点
midas地层结构算例
高地应 力
0.7m
E砼＝23Gpa A砼＝0.28m2 I砼＝0.00183m4
E钢＝210Gpa A钢＝39.578×10-4m2 I钢＝2500×10-8m4
E A ＝ E砼 A砼+ E钢A钢/S E I ＝ E砼 I砼+ E钢I钢/S
取E ＝ E砼
A ＝ A砼+ E钢A钢/(SE砼) =0.3316 I ＝ I砼+ E钢I钢/(SE砼) =0.002155
岩土材料
• 根据岩土性质和计算目的选择适合的本构模型。 • 定量分析时应注意材料参数的确定，必要时采用反分析。
结构材料
• 弹性或弹塑性 • 初期支护内的钢拱架与喷射砼一般视为整体计算
加固地层材料
• 直接模拟 • 不模拟，作为安全储备 • 提高地层材料参数
第七章 地层结构法的适用性
边界条件
模型建立要点
576个四边形单元
35个梁单元
第七章 地层结构法的适用性
模型建立要点
midas地层结构算例
地层与结构连接
公共节点，变形协调
. . . 1 node . A. B.
不同节点，相互独立
. . .. . 2 nodes . A. B.
摩擦接触，接触单元
地下工程(5)
当K0=1的情况，这时 Ph=Pv=γh0，可得：
r
h0 (1
r02 r2
)
h0 (1
r02 r2
)
ur
h0r02
2Gr
r 0
u 0
图6-12 圆形洞室围岩内的微分单元
为了防止洞室破坏，对洞壁位移进行监测，随时 绘出位移与时间的关系，以便采取措施。
c、弹塑性围岩二次应力场和位移场的分布特点
一般浅埋：
q
hc
1
hc tan
2bt
式中符号意义见书中图5-5
5.2.2 主动围岩压力的计算
4 偏压地下结构主动围岩压力的计算
假定偏压分布图形与地面坡一致，其垂直 压力计算公式：
Q
2
2(h
h)bt
(h2
h2
)
tan
式中符号见课本p116
5.2.3 围岩被动反力的计算
当围岩性能比较好，并处于弹性状态时，围岩对结构 变形的反力称为弹性抗力。有两种计算理论：
5.2.2 主动围岩压力的计算
2 深埋结构主动围岩压力的计算方法 1)《隧规》所推荐的方法 以往铁路隧道的塌方资料统计分析得到围岩松动压力
的经验估算公式： B p 1.7 时：
h
双线隧道：q h g 0.45 2s1 1 i(B 5)
单线隧道： q (0.411.79s )
5.3.1 荷载结构法
2. 结构内力计算的力法和位移法 2）位移法的主要步骤： a 单元分析，建立单元刚度方程； b 进行整体分析，利用静力平衡条件和变形协调条件，建立以
结构节点位移为基本未知量的结构刚度方程； c 引入边界条件，求解结构刚度方程得到未知的结构节点位移； d 利用单元刚度方程，计算出结构的内力。 位移法数学表达形式具有一致性，便于实际计算
地层如何分层及代号各是什么？
地层如何分层及代号各是什么？展开全文地层（stratum[ 'streit?m ]）【地质历史上某一时代形成的层状岩石成为地层，它主要包括沉积岩、岩浆岩以及由它们经受一定变质的浅变质岩。
】地层是指在某一地质年代因岩浆活动形成的岩体及沉积作用形成的地层的总称。
（所谓的地层是指在地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称。
从岩性上讲，地层包括各种沉积岩、岩浆岩和变质岩；从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。
）地壳中具一定层位的一层或一组岩石。
地层可以是固结的岩石，也可以是没有固结的堆积物，包括沉积岩、火山岩和变质岩。
在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上。
层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显。
[编辑本段]地层系统的单位是如何划分我国地层委员会采用宇、界、系、统、阶、亚阶等六个地层单位术语。
[编辑本段]地质年代地质年代是地球演化过程中某一时间阶段的划分方法。
地质年代的单位的划分地球的历史按等级划分为：宙、代、纪、世、期、亚期等六个地质年代单位。
地质年代共分五个代，为：1）太古代2）元古代3）古生代4）中生代5）新生代其中，古生代共分六个纪：寒武纪，奥陶纪，志留纪，泥盆纪，石炭纪，二叠纪。
中生代分为三个纪：三叠纪、侏罗纪、白垩纪。
新生代分为三个纪，分别是古近纪、新近纪、第四纪。
相对地质年代相对地质年代指地层的生成顺序和相对的新老关系。
它只表示地质历史的相对顺序和发展阶段，不表示各个地质时代单位的长短。
绝对地质年代绝对地质年代是指通过对岩石中放射性同位素含量的测定，根据其衰变规律而计算出该岩石的年龄。
[编辑本段]地层和地质年代的关系每个地层代表着它形成时相应的地质年代。
ylf519 2009-05-16 09:26:26地层自老至新发育为：一志留系代号S，距今4.4～4.05亿年分布于九连山——兰山一带。
地下建筑结构考试重点整理
地下建筑机构复习第一章衬砌结构的作用：承重和围护。
结构形式影响因素：受力条件、使用要求、施工方案。
结构形式：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、桥梁基础结构、其他结构。
拱形结构的优点：1.地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。
因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好。
2.拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。
3.拱主要是承压结构。
适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。
材料造价低，耐久性良好，易维护。
地下建筑与地面建筑结构的区别：1.计算理论、设计和施工方法。
2.地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。
3.地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。
岩石地下建筑结构形式（一）拱形结构：1．贴壁式拱形结构：（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构（二）喷锚结构（三）穹顶结构（四）连拱隧道结构（五）复合衬砌结构第二章荷载种类：静荷载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。
动荷载：原子武器和常规武器的爆破冲击波；地震波作用下的动荷载。
活荷载：指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。
其他荷载：混凝土收缩、温度变化、结构沉降、装配误差等。
按其作用特点及使用中可能出现的情况分为以下三类：永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载。
软土地区浅埋地下工程采用“土柱理论”进行计算。
第三章弹性地基梁与普通梁的区别：1.超静定的次数是有限，还是无限。
2.普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形；弹性地基梁必须同时考虑地基的变形。
第四章国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：1.以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；2.以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法；3.作用—反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；4.连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。
地下建筑结构的计算方法详解
Q(x)+d Q(x) 剪力图上某点处的切线斜率等
M(x)
于该点处荷载集度的大小。 dx M(x)+d M(x) 弯矩图上某点处的切线斜率等 于该点处剪力的大小。
Q(x)
静定结构位移计算的一般公式
N du Qdv Md R c
当结构只受载荷作用的影响时，支座不移动
第四章 地下建筑结构的计算方法
本讲内容
1 计算方法的发展现状和计算方法
2 荷载结构法
3 地层结构法
4
算例
§ 1.计算方法现状和计算方法
早期，经验设计； 19世纪初 刚性结构的计算理论，如压力线理论等； 19世纪后期，弹性连续拱形框架计算理论，并据以进行截面 设计； 随后，地下建筑结构在主动荷载作用下发生弹性变形的同 时，将受到地层对其变形产生的约束作用。将这类约束作用假 设为弹性抗力，地下建筑结构的计算理论便有了与地面结构不 同的特点。由此建立了典型的假定抗力方法、弹性地基梁的力 法（1956）、角变位移法及不均衡力矩与侧力传播法等 ； 20世纪以来，按连续介质力学理论，已经建立的方法既有解 析解和数值计算法； 20世纪70年代，新奥法，仿真计算技术，反馈设计方法。
c＝0，位移计算公式为：
N du Qdv Md
N Q M 虚设力状态中单位力所 产生的内力。
du、dv、d 为微段的变形
b. 超静定结构内力与位移计算
力法 位移法 力矩分配法
矩阵位移法
弹性地基梁
力法与位移法
力法：
以多余力为 基本未知量 位移条件 求多余力 其它反力 内力
图4-1收敛限制法原理的示意图
§ 2、荷载结构法
荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地 下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗 力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，由此建立的 计算方法称为荷载结构法。
载荷-结构模型—地层-结构模型
两种计算模型比较
荷载—结构模型（松散荷载理论）
地层—结构模型（岩承理论）
围岩具有一定的承载能力，但极有可 围岩虽然可能产生松弛破坏而失稳，但在松弛的过程中
认识
能因松弛的发展而导致失稳，结果是 围岩仍有一定的承载能力，对其承载能力不仅要尽可能 对支护结构产生荷载作用，即视围岩 地利用，而且应当保护和增强，即视围岩为承载的主体，
学性质 度还影响围岩失稳破坏形态，强度低的硬岩多表现为脆性破坏，在隧道中可能发现
岩爆。而在强度低的软岩中，则以塑性变形为主，流变现象较为明显。
围岩的初 始应力场
围岩初始应力场是隧道围岩变形、破坏的根本作用力。初始应力的大小和方向决定 隧道围岩的应力状态。当工程活动导致局部的地质环境发生改变时，隧道围岩的初 始应力场会进行相应的调整。
为荷载的来源
具有三位一体特性
1、土力学，视围岩为散粒体，计算其 弹塑性力学及岩体力学，视围岩为应力岩体，分析计算
对支撑结构产生的荷载大小和分布 应力、应变状态及变化过程，并视支护为应力岩体的边
2、结构力学，视支撑和衬砌力为承载 界条件，起控制围岩的应力、应变作用，检验作用的效 力 学 结构，检算其内力并使之合理，建立 果并使之优化建立的是“围岩-支护”力学体系，以实际
性质和空 坑道的稳定性。只有当结构面与隧道轴线相互关系不利或者出现两组或两组以上
间组合 的结构面时，才能并不影响坑道的稳定性。特别是当分离岩块的尺寸小于隧道洞跨
自然 因素
岩石的力
径时，就有可能向洞内产生滑移，造成局部失稳。 控制围岩稳定性的主要因素是岩石的力学性质，尤其是岩石的强度。一般来说，完 整岩体是均值的连续介质，隧道开挖后，岩石强度越高坑道越稳定。此外，岩石强
20地下工程结构的设计理论与方法
(1)锚杆
目前应用最广的是全长粘结式锚杆。端头锚固型锚杆一 般用于局部加固围岩及中等强度以上的围岩中。预应力锚索 一般用于大型洞室及不稳定块体的局部加固，而预拉力小且 锚固于中硬以上岩体时宜采用胀壳机械式锚头。摩擦式锚杆 目前主要用于服务期短的矿山工程。
锚杆长度的确定应当以能充分发挥其功能，并获得经济合 理的锚固效果为原则。一般来说，锚杆的最小长度应超过松动 圈厚度，留有一定安全余量，且不宜超过塑性区。对于裂隙岩 体和层状岩体。锚杆主要是对节理、裂隙面起加固作用，这时 锚杆宜适当长些．尽量穿过较多的节理和裂隙。根据经验，锚 杆长度可在洞跨1/4~1/2的范围内选取。
412地下工程结构的设计模型按照多年来地下工程结构设计的实践我国采用的设计方法似可分属以下1经验类比模型由于地下结构的设计受到多种复杂因素的影响使内力分析即使采用了比较严密的理论计算结果的合理性也常仍需借助经验类比予以判断和完善因此经验设计法往往占据一定的位置
4 地下工程结构的设计理论与方法
本章提要 (1)地下工程结构设计的四种模型 (2)经验设计法 (3)荷载-结构法 (4)地层-结构法 及其数值模拟△
4.2.2 其他设计与施工原则
?在洞室布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地质、力学 特征，尽量争取较好的受力条件。
?施工过程中，尽量采用控制爆破技术，以减少对围岩的扰动， 使断面成形规整，以利于围岩自承力的保持和支护结构作用的 发挥。
?尽可能减少开挖时对围岩的扰动。 ?支护要及时快速。 ?合理利用开挖面的“空间效应”，抑制围岩变形。 ?尽量减少其他外界因素(主要是水和潮气)对围岩的影响。 ?初期支护采用分次施工的方法。 ?当围岩变形量很大时，必须加大支护可塑性来调控围岩变形。 ?调节支护封底时间。
地下建筑结构复习资料详解
较坚固的建筑物的地下室，又
称“防空地下室”或“附建式人防工事”
、沉井和沉箱：不同断面形状（如圆形，矩形，多边形等）的井筒或箱体，按边排土边下沉的方式使其地下，即沉井和沉箱；
②平板型管片用于较小直径的隧道，单片管片重量较重，对盾构千斤顶顶力具
有较大的抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力较小。
⑵铸铁管片
不仅计算出衬砌结构内力及变形，而且计算周围地层应力
区别：
地层——结构法相对荷载结构法，充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更符合工程实际
地下建筑结构复习资料一、名词解释：
、衬砌：沿洞室周边修建的永久性支护结构
16、管片接头的两种类别：纵向接头（沿接头面平行于纵轴）、环向接头（接头面垂直于纵轴）；
17、每个衬砌管片上注浆孔设置一个或一个以上；
18、沉管基础处理的方法有：先铺法、后填法；
19、基坑围护结构可分为桩（墙）式和重力式两类体系；
20、中继环构造包括短冲程千斤顶组（冲程为150~300mm，规格、性能要求一致），液压、电器和操作系统，壳体与千斤顶紧固件、止水密封圈，承压法兰片；
形状与尺寸等；
第二阶段：衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、
管片孔洞、螺孔等；
第三阶段：管片内力的计算及断面设计。
8、盾构衬砌的分类及其比较
答：按材料及形式分类：
⑴钢筋混凝土管片
①箱型管片用于较大直径的隧道。单块管片重量较轻，管片本身强度不如平板
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地层结构法
地层结构法是一种用于分析地层结构的研究方法，也被称为构造地质学。
它旨在研究地质构造，通过对岩石的观察和研究，推断出其在时空上的变化。
构造地质学的基本原理是，岩石不是以静态的形式存在的，而是在构造活动的作用下，在时空上发生变化的。
研究的重点是，通过解释地质构造的演化，来解释该地区的地质发展历史。
为了更准确地探索地层结构，地质学家们开发了许多研究方法，其中最重要的是地层结构法。
它是通过对岩石结构和外观形态的研究，来分析其历史演化，推断出其在时空维度上的变化。
地层结构法分为宏观和微观两个层次，宏观层次是指通过现场调查，描述地层构造的总体规律，微观层次则是指通过极细的观察，对细节进行研究，以深入了解地层构造的结构和细节。
在宏观观测上，地质学家可以通过对岩石的形态、分布特征、岩性及有机质等征象来解释地层构造的演化。
因为，其形态特征可用于推断地层构造的时空变化，分布特征可用于推断其发育过程，岩性及有机质特征可用于推断构造环境和特殊情况。
此外，微观观测也能够帮助我们更深入地研究地层构造。
通过研究岩石的粒度、颜色、纹理等特征，可以推断出其形成的构造环境，以及其历史发展过程。
通过对地层结构的观测和研究，可以推断出地层构造的演化、发育历史和形成环境，进而解释当地的地质构造。
而这一方法，也帮助了我们更好地理解地质历史，并进一步探索其地质结构。
地层结构法已经成为构造地质学研究中一种重要的理论和实践手段，在探寻地质构造的演化及其时空变化的过程中，得到了越来越多的应用。
它不但有助于我们更好地理解地质历史，而且也为更深入地探寻地质结构提供了可能。