《地下建筑结构》
《地下建筑与结构》试题
一、填空题（共32分，每空2分）1.地下建筑分为两大类：一类是修建在___________地下建筑；另一类是修建在___________地下建筑。
2.弹性地基梁可分为___________、___________、___________等三大类。
3.初始地应力一般包括___________和___________。
4.基坑支护结构通常可分为___________和___________两大类。
5.喷锚支护的主要作用是__________。
6.直墙拱结构一般由__________、__________和__________组成。
7.按顶管管道内径大小可分为__________、__________和__________三种。
二、名词解释题（共12分，每题3分）1.地下建筑结构：2.重合墙：3.端墙式洞口：4.半衬砌结构：三、单选题（共6分，每题2分）1.穹顶直墙衬砌分离式结构主要用于无水平压力或水平压力较小的围岩中，（）验算环墙的强度A. 必须B.不需C.根据情况决定是否需要2.半衬砌结构包括半衬砌结构和（）衬砌结构。
A.厚拱薄墙B.直墙拱形C.曲墙D.复合3.根据我国管道施工的实际情况，中口径顶管一般指介于（）口径范围的顶管。
A.500-800mmB.800-1800mmC.1800-2500mm四、简答题（6分）地下连续墙设计计算的主要内容包括哪些方面？五、问答题（共24分，每题8分）1.顶管技术可用于哪些特殊地质条件下的管道工程？2.结合基本建设修建防空地下室与修建单建式工事相比有哪些优越性？3.在进行地下建筑结构工程可靠性分析时，应考虑哪些主要方面？六、计算题（20分）验算大型圆形沉井的“抗浮系数”。
已知沉井直径D=68m，地板浇毕后的沉井自重为650100KN，井壁土壤间摩擦力f0=20KN/㎡，5m内按三角形分布，沉井入土深度为h0=26.5m，封底时的地下水静水头H=24m。
一、填空题（共32分，每空2分）1.土压力是土与挡土结构之间相互作用的结果，它与结构的___________有密切的关系关系。
地下建筑结构
绪论:地下结构的定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。
结构形式：断面形式：矩形、梯形、直角拱形、马蹄型、仰拱型、圆形。
影响因素：由受力条件来控制；结构型式也受使用要求的制约支护形式：1.防护型支护：以封闭岩面，防止周围岩体质量的进一步恶化或失稳为目的。
2.构造型支护：支护结构满足施工及构造要求，防止局部掉块或崩塌而逐步引起整体失稳。
3.承载型支护：承载型支护应满足围岩压力，使用荷载、结构荷载及其它荷载的要求，保证围岩与支护结构的稳定性。
发展的三个阶段：刚性结构阶段，弹性结构阶段，连续介质阶段现代支护理论的特征：(1) 对围岩和围岩压力的认识方面：传统支护理论认为围岩是荷载的来源，是支撑的对象。
现代支护理论则认为围岩具有自承能力。
围岩也是支护材料，可以通过加固围岩而保证结构的稳定。
(2) 在围岩和支护间的相互关系上：传统支护理论把围岩和支护分开考．围岩当作荷裁、支护作为承载结构，现代支护理论则将围岩和支护作为一个统一体，二者相互作用，共同变形。
(3)在支护功能和作用原理上：传统支护结构只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时稳定和加固围岩。
保证围岩的稳定性。
(4)在设计计算方法上：传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，而现代支护理论将围岩与支护作为共同的承载结构。
(5)在支护形式和工艺上：以加固围岩为主要支护手段：如锚杆、锚索、喷射混凝土、注浆等。
地下结构的计算特点：（1）必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响；（2）地下工程周围的地质体是工程材料、承载结构，同时又是产生荷载的来源；（3）地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结构体系的安全性；（4）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑围岩的稳定性；（5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥困岩自承力；（6）地下结构的开挖过程是卸载过程，而不是加载过程。
《地下建筑结构》课件
地下水库的工程实例
总结词
地质条件复杂、防渗性能要求高、环境保护 意识强
详细描述
地下水库通常位于地质条件复杂的地区，结 构设计需充分考虑地质勘察和地基处理。由 于水库蓄水后对防渗性能要求极高，结构设 计需采用可靠的防渗措施。此外，地下水库 的建设应充分考虑环境保护，避免对周边生
在地下建筑结构设计中，应注重环保和节 能，采用绿色建材和节能技术，降低能耗 和环境负荷。
地下建筑结构形式与选型
结构形式
根据地下建筑的使用功能、地质 条件和施工方法等因素，选择合 适的结构形式，如框架结构、拱 形结构、板墙结构等。
结构材料
根据地下建筑的结构形式和使用 环境，选择合适的建筑材料，如 混凝土、钢材等，并考虑材料的 强度、耐久性和经济性等因素。
地铁车站通常位于城市中心区域，地质条 件复杂，需要充分考虑地质勘察和地基处 理。同时，地铁车站作为公共交通枢纽， 对安全性要求极高，结构设计需满足抗震 、抗爆等要求。此外，地铁车站通常为大 跨度结构，以满足大量人流的集散需求。
大型商业综合体的地下结构设计实例
总结词
多功能性、人流量大、空间需求多样
详细描述
地下建筑的类型与用途
总结词
地下建筑的类型多样，包括地下交通设施、地下公共设施、地下居住设施等，用途广泛。
详细描述
地下建筑的类型非常多样，常见的有地铁、隧道、地下室等。这些不同类型的地下建筑用途广泛，例如地铁用于 城市交通，地下室可用于储藏或居住，隧道可用于交通或输水等。此外，还有一些特殊的地下建筑结构，如地下 核电站、地下水库等。
地下建筑结构教案
教学方法
1、多媒体课件演示教学；
2、黑板画图辅助讲解
3、提问启发
教具
电脑、数字投影仪、屏幕（多媒体教室）
过程提问
1.教师提出问题，学生统一回答，每学时大约提出2～3个问题；
2.教师提出问题，抽1～3个学生单独回答，一般每学时1～3次；
课后总结
用5～6分钟小结本节课的重点、难点
2.中间支承柱的结构形式、施工做法及施工阶段的承载力验算；
教学进程
1.概述. 0.5学时
2.地下连续墙1.0学时
3.中间支撑柱1.0学时
4.逆作法施工的连接接头1.0学时
5.逆作法地下室结构的浇筑0.5学时
教学方法
1、多媒体课件演示教学；
2、黑板画图辅助讲解
3、提问启发
教具
电脑、数字投影仪、屏幕（多媒体教室）
教学重点
1.地下连续墙的主要设计内容和地下连续墙兼作外墙时的内力计算方法；
2.中间支承柱的结构形式、施工做法及施工阶段的承载力验算；
3.墙段之间、墙与梁之间、墙与底板之间、中间支承柱与梁之间等的连接接头的构造及特点。
4熟悉逆作法地下室结构的浇筑方法
教学难点
1.地下连续墙的主要设计内容和地下连续墙兼作外墙时的内力计算方法；
《地下建筑结构》课程第3章教案
学生专业班级
轨道班
教学内容
第三章地下结构可靠度理论
学时数
2学时
教学目的
(1)熟悉地下工程结构分析的不确定因素、地下工程结构可靠度分析原理及特点;
(2)熟悉结构极限状态、结构可靠度、结构可靠指标等墓本概念和极限状态方程的表示方法;
(3)了解地下工程结构可靠指标的近似计算方法，包括一次二阶矩法、验算点法、JC法等;
地下建筑结构
《地下建筑结构》课程（1）三、简答题1．简述地下建筑的类型。
①按使用功能分类：工业建筑、民用建筑、交通建筑、水工建筑、矿山建筑、军事建筑、公用和服务性建筑。
②按所处的地质条件和建造方式分类:岩石中的地下建筑、土层中的地下建筑。
③按习惯称谓分类：单建式地下建筑、附建式地下建筑。
④按埋置深度分类：深埋地下建筑、浅埋地下建筑。
2．与地面建筑相比，地下建筑具有哪些特点？（1）自然防护力强；（2）受外界条件影响小；（3）受地质条件影响大；（3）需要通风、防排水、防潮、防噪声和照明等处理；（4）施工条件特殊.3．简述地下结构的主要形式地下结构的主要形式有：（1）拱形结构包括有：A.半衬砌、B.厚拱薄墙衬砌、C.直墙拱顶衬砌、D.曲墙拱顶衬砌、E.离臂式衬砌、F.装配式衬砌、G.复合式衬砌。
(2)梁板式结构；(3)框架结构；(4)圆管形结构；(5)地下空间结构；(6)锚喷支护；(7)地下连续墙结构；(8)开式结构4．地下结构设计理论的发展可以划分为哪几个阶段？各有什么特点？（1）刚性结构阶段特点是这个时期的地下建筑物大都是用砖石等材料砌筑的拱形圬工结构，这类材料的抗拉强度很低，为了保持结构的稳定，其截面尺寸通常很大，结构受力后的弹性变形很小。
刚性设计方法只考虑衬砌承受其围岩土所施加的荷载，没有考虑围岩自身的承载能力，也不计围岩对衬砌变形的约束和由此产生的围岩被动抗力，在一般情况下设计出的衬砌厚度偏大。
（2）弹性结构阶段特点是此阶段发展到了按共同变形理论计算地下结构，其优点在于它是以地层的物理力学特征为依据，并考虑了各部分地层沉陷的相互影响，在理论上比局部变形理论有所改进。
（3）连续介质阶段特点是用连续介质理论较好地反映了支护与围岩的共同作用，符合地下结构的力学原理。
（4）现代支护理论阶段特点是此阶段发展到了喷射混凝土和锚杆被用于隧道支护，也兴起了一整套新奥地利隧道设计方法。
用新奥法设计的支护都是柔性的，能较好地适应围岩的变形。
地下建筑结构课程设计
地下建筑结构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握地下建筑结构的基本概念、分类及其应用场景。
2. 学生能够理解地下建筑结构的主要受力特点及影响因素。
3. 学生能够掌握地下建筑结构设计的基本原则和方法。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析地下建筑结构的受力情况，并进行简单计算。
2. 学生能够运用地下建筑结构设计原则，设计出合理的地下建筑结构方案。
3. 学生能够通过实际案例，分析地下建筑结构在设计、施工和运维过程中的问题及解决方法。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到地下建筑结构在我国城市化进程中的重要作用，增强对地下空间利用的认识。
2. 学生能够培养对地下建筑结构设计和施工的严谨态度，提高职业素养。
3. 学生能够关注地下建筑结构领域的最新发展，激发对科学研究的兴趣。
课程性质：本课程为专业选修课，旨在帮助学生了解地下建筑结构的基本知识，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生为高中二年级学生，具备一定的物理和数学基础，但对地下建筑结构知识了解较少。
教学要求：结合学生特点和课程性质，采用案例分析、小组讨论等形式，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面达到上述目标，为未来进一步学习相关领域知识打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材《土木工程基础》中关于地下建筑结构的相关章节进行组织。
1. 地下建筑结构基本概念- 地下空间利用及分类- 地下建筑结构的特点及优势2. 地下建筑结构受力特点- 地下建筑结构受力分析- 影响受力特点的因素3. 地下建筑结构设计原则与方法- 设计原则与要求- 结构设计计算方法4. 地下建筑结构施工与运维- 施工技术及工艺- 运维管理及注意事项5. 案例分析- 著名地下建筑结构案例介绍- 案例中存在的问题及解决方法教学进度安排：第一课时：地下建筑结构基本概念第二课时：地下建筑结构受力特点第三课时：地下建筑结构设计原则与方法第四课时：地下建筑结构施工与运维第五课时：案例分析及讨论教学内容科学性和系统性：本章节内容涵盖了地下建筑结构的各个方面，从基本概念、受力特点、设计原则、施工与运维等方面进行系统讲解，确保学生全面掌握地下建筑结构相关知识。
地下建筑结构》课程设计
地下建筑结构》课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握地下建筑结构的基本概念、分类及功能。
2. 学生能够理解地下建筑结构的设计原则，包括承重、防水、通风等方面。
3. 学生能够了解地下建筑结构在城市建设中的应用及其优点。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析地下建筑结构的优缺点，提出改进方案。
2. 学生能够通过实际案例分析，掌握地下建筑结构的设计方法和施工技术。
3. 学生能够运用图示、模型等形式，展示地下建筑结构的设计理念。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对地下建筑结构的兴趣，激发他们对城市建设的热情。
2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在设计过程中尊重他人意见的良好品质。
3. 培养学生的创新精神，使他们认识到地下建筑结构在可持续发展中的重要性。
本课程旨在帮助学生掌握地下建筑结构的基本知识，提高他们的设计能力和实践操作技能。
结合学生的年龄特点和认知水平，课程内容以实际案例为载体，注重理论与实践相结合，培养学生的创新意识和解决问题的能力。
通过本课程的学习，学生将能够更好地理解地下建筑结构在现代社会中的重要作用，为未来城市建设贡献力量。
二、教学内容1. 地下建筑结构基本概念：包括地下建筑的定义、分类、功能及发展历程。
- 教材章节：第一章 地下建筑结构概述2. 地下建筑结构设计原则：讲解承重、防水、通风、采光等方面的设计要求。
- 教材章节：第二章 地下建筑结构设计原理3. 地下建筑结构施工技术：介绍常见的施工方法、工艺流程及质量控制要点。
- 教材章节：第三章 地下建筑结构施工技术4. 地下建筑结构案例分析：分析具有代表性的地下建筑项目，总结其设计理念、施工技术和优缺点。
- 教材章节：第四章 地下建筑结构案例分析5. 地下建筑结构创新设计：引导学生运用所学知识，开展创新设计实践。
- 教材章节：第五章 地下建筑结构创新设计6. 课程总结与拓展：对本课程内容进行总结，探讨地下建筑结构在可持续发展、城市更新等方面的应用前景。
《地下建筑结构》第二版(朱合华)中文课件(3)
2. 弹性地基梁的计算模型
由于地基梁搁置在地基上，梁上作用有荷载，地基梁在荷载作 用下与地基一起产生沉陷，因而梁底与地基表面存在相互作用反力 ， 的大小与地基沉降y 有密切关系，很显然，沉降越大，反力 也越 大，因此在弹性地基梁的计算理论中关键问题是如何确定地基反力 与地基沉降之间的关系，或者说如何选取弹性地基的计算模型问题。
齐次微分方程，令式中
d4y
qx o
，即得对应齐次微分方程：
EI ky 0
dx 4
（3.7）
由微分方程理论知，上述方程的通解由四个线性无关的特解组合而成。为
寻找四个线性无关的特解，令 y erx 并代入上式有：
4 K
EI
或 4 K cos i sin
EI
由复数开方根公式得：
rk
4
式（3.12）中积分常数B1、B2、B3、B4的确定是一个重要环节，梁在任一
截面都有四个参数量，即挠度y、转角 、弯矩M、剪力Q、而初始截面
（x=o）的四个参数 yo 、o 、M o 、Qo 就叫做初参数。
3. 初参数解
用初参数法计算了弹性地基梁的基本思路是，把四个积分常数改 用四个初参数来表示，这样做的好处是: 使积分常数具有明确的物理意义; 根据初参数的物理意义来寻求简化计算的途径。
（二）用初参数表示积分常数
如图3.4所示，梁左端的四个边界 条件（初参数）为
图3.4 弹性地基梁作用的初参数
y x o yo
x o o
M x o Mo
Q x o Qo
（3.13）
将上式代入式（3.12），解出 积分常数得：
3. 初参数解
B1 yo
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《地下建筑结构》课程教学大纲
课程编号：031190 学分：3 总学时：51
大纲执笔人：张子新大纲审核人：丁文其
一、课程性质与目的
《地下建筑结构》是土木工程专业限定选修课，是从事地下建筑工程设计与施工的专业课程。
通过本课程的学习，使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。
二、课程基本要求
通过学习，学生在掌握地下建筑结构理论和应用知识方面应该达到如下要求：（其中基础理论部分为必须达到；工程应用部分因工程类型繁多，可根据实际需要按课内学时分配表选用。
（一）基础理论部分
1、了解地下建筑结构的概念和作用，熟悉土层和岩石中地下结构的常见结构形
式和结构设计的一般程序与内容；
2、了解土层和岩石地下衬砌结构的荷载，了解结构弹性抗力的概念和计算理论，
掌握常见荷载的计算方法和弹性抗力的局部变形理论计算方法。
3、了解地道式结构适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和方法；
4、了解地层与地下结构共同作用的概念、分析原则和工程应用。
（二）工程应用部分
1、了解各种隧道结构的适用环境和构造，掌握拱形衬砌结构的设计计算内容和
方法。
2、了解浅埋式地道结构的形式、构造特点。
掌握矩形框架结构的分析与设计方
法。
3、了解附建式地下结构（地下室）的结构选型和设计计算内容，掌握常见地下
室结构的设计计算方法。
4、了解盾构隧道和顶管隧道的功能和适用环境，了解顶管结构的设计计算内容
和方法，掌握盾构隧道结构的设计计算方法和构造要求。
5、了解沉井、沉管结构的类型和特点，了解沉管结构的设计计算内容和方法，
掌握沉井结构的设计计算和构造处理。
6、了解喷锚结构的概念和设计计算方法，熟悉新奥法的原理和实际运用。
7、了解基坑工程围护结构的主要类型和构造。
掌握水泥土、地下连续墙等围护
结构的设计方法。
掌握支撑体系的设计方法。
三、教学的基本内容
（一）绪论
1．地下结构的概念和功用
地下结构的概念、功用和特点。
2．地下结构的形式
地下结构的结构形式和适用环境。
（二）衬砌结构的荷载
1．荷载分类和组合
地下结构的荷载类型、组合原则和方式。
2．土层压力和围岩压力的计算理论和方法
土层环境中不同土质下土压力的确定方法，岩石围岩压力的计算方法。
3．地下结构弹性抗力
局部变形理论和共同变形理论的基本思想和假定，局部变形理论的具体计算方法。
4．水压力、地震荷载和人防动荷载等的计算
（三）弹性地基中结构物的计算
1、概述
弹性地基理论的概念、解析解与数值方法、优缺点与适用场合。
2、弹性地基梁
能量原理、有限元表达式、软件设计、工程应用。
3、地下框架结构
有限元表达式、软件设计、工程应用。
4、物殊的课题
深梁的计算、杆系结构的几何非线性、弹性地基板。
（四）地层与地下结构的共同作用
1、概述
共同作用的概念、分析方法的现状、地下结构的合理设计方法。
2、地层模型
弹塑性模型
（五）地道式结构
1．概述
地道式结构的受力特点，地道式结构的类型和适用环境
2．地道式结构的荷载计算
水平土压力和垂直土压力的计算，围岩水平压力和垂直压力的计算，结构其它荷载的计算。
3．单层单跨拱形结构的内力计算和设计
概述，结构构件几何尺寸的计算，计算理论和简图，构造和配筋。
4．单跨双层和单层多跨连拱结构的构造和计算
单跨双层结构计算简图和内力计算特点，多跨连拱结构的内力计算。
（六）附建式地下结构（地下室）
1．概述
地下室的功用、与基础的关系、设计计算的主要问题和结构类型
2．梁板式地下室
结构选型，荷载计算，计算简图和内力计算，构件配筋与构造
3．桩箱、桩伐基础和地下室的结构计算
不同上部结构下的地下室结构及其荷载、内力计算方法
4．考虑人防要求的地下室结构设计
人防荷载特点和计算方法，人防地下室的设计内容和计算方法，口部处理（七）盾构隧道和顶管隧道
1．概述
盾构隧道和顶管隧道的功用、特点和适用范围，设计计算内容
2．盾构隧道
结构类型，荷载确定，计算理论，计算简图，内力计算，构造和配筋
3．顶管隧道
结构类型，荷载确定，计算理论，计算简图，内力计算，构造和配筋
（八）沉井、沉管和地下连续墙
1．概述
沉井、沉管和地下连续墙的概念、适用范围和特点，
2．沉井结构
沉井的结构类型和构造，设计计算内容，荷载计算，主要构件的设计计算和构造配筋，设计计算的若干问题
3．沉管结构
沉管结构的类型和构造，结构设计，管段连接和防水技术
4．地下连续墙
地下连续墙类型，结构设计，接头设计
（九）喷锚结构
1．喷锚结构的作用原理
2．锚杆设计原理和计算方法
锚杆加固拱顶危岩的计算，锚杆加固侧墙危岩的计算，锚杆整体加固的计算，3．喷混凝土设计原理和计算方法
喷混凝土局部加固的设计原理和计算方法，喷混凝土组合拱的设计原理和计算方法
4．新奥法原理和运用
（十）地下结构矩阵分析方法和弹性地基梁杆系有限元方法
1．概述
地下结构矩阵分析方法的概念，地下结构弹性地基梁杆系有限元的概念
2．地下结构矩阵分析方法的运用
矩阵分析方法的计算原理，地下结构矩阵分析法计算步骤，圆形衬砌结构的矩阵力法分析
3．弹性地基梁杆系有限元
基本原理，计算方法和步骤，弹性地基上矩形闭合框架的杆系有限元分析
四、实验或上机内容
采用计算机算法语言编制一般的结构计算程序用于地下连续墙结构、沉管结构、盾构衬砌结构、连拱隧道衬砌结构、弹性地基上矩形闭合框架等的计算。
五、前修课程要求
1．土力学、岩石力学、弹性力学有限元
2．材料力学和结构力学
3．钢筋混凝土结构
六、学时分配
七、建议教材和参考书
建议教材：
《地下建筑结构》，朱合华、张子新，中国建筑工业出版社，2006年。
《地下建筑结构》冯紫良等主编，待出版。
参考书：
1.岩石地下建筑结构，重庆建筑工程学院等四校编，中国建筑工业出版社，1982年。
2.土层岩石地下建筑结构，同济大学等编，中国建筑工业出版社，1982年。