第4讲-地下结构工程地质力学模型试验
为改善拌合物的可塑性与和易性，往往加 一些膨润土，硅藻土，甘油与水的溶液， 酒精等外加料。甘油对降低变模及增加和 易性稍有作用，能减少干缩，但易于使模 型材料表面吸收空气中的水份而降低模型 表面的绝缘性能。酒精也能增加和易性且 能消除水对骨料的物理化学作用并导致快 速干燥效果。 地下洞室工程一书中表11－1列出国内外 近年来所应用的地力学模型材料的详细配 比和主要力学性能。
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4.
地质力学模型材料和前述不考虑自重的砂～膏混 合物的共同特点是： 弹模及抗压强度低，加载设备简单易行； 变形大，量测精度易于掌握。 材料的力学性能变化幅度大，便于模拟各种复杂的地 质特性。当原型材料的变模相差十倍以上时，用这种 材料进行模拟也无困难。 其不足之处是由于材料很软，强度很低，在这种材料 的表面上贴电阻片测量应变目前尚有一定困难。 好在岩体节理发育时，可以看成是节理密集的碎 块体模型或数量众多的砌块模型，人们最感重要的还 是节理的破坏情况和关键部位的位移情况，所以70年 代以后，地质力学模型材料虽然尚处于不断发展完善 的阶段，但仍然得到了广泛的应用。
1、 几何相似 要求模型与原型的几何形状相似。为此， 必须将原型的尺寸，包括长度、宽度、高度 等都按一定的比例缩小（或放大）以做成模 型。设Lp和Lm分别代表原型和模型“长度”， 这里，Ｌ表示一个广义的长度，可以是长、 宽、高等。脚标p表示原型，脚标m表示模 型，下同。以Kl代表Ｌp和Ｌm的比值，称为 长度比尺，则几何相似要求Kl为常数，即： Kl＝Lp/Lm=const
为什么？
这不仅是因为超大型工程往往没有先例可以比 较，以及地质和地应力条件千差万别，而且不同的 数值分析方法和采用的模型不同也会给出差别较大 的结果，而在工程尚未施工时也很难对它们的差别 做出准确判断。
物理模型试验的不足
物理模型试验与其它方法相比 有它的弱点，如改变方案很不灵活， 重复性差；测量数据受仪器精度影 响大，有一定的离散性；有尺寸效 应，很难保证所有物理参数都满足 相似理论；试验工作量大、难度大、 费用高，尤其是三维模型试验更是 如此。
6.3.1 模型材料 正确选择模型材料是能否正确模拟原型的关键。 对于弹性范围的静力学研究，要求模型材料有较 大范围的线性应力～应变关系，须要考虑的仅是 弹性模量的相似。 对于考虑弹塑性性质和破坏的试验，则必须考虑 强度和变形的相似。 模型材料的选择还随着试验的目的和拥有的加载 及量测设备而异。 对于地下结构周围的岩石而言，它往往要求模型 材料的各种力学参数变化范围非常宽广。 从这些特点出发，B. Stimpson曾将前人实际应用 过的模型材料分类如下：
然而，物理模型则由于是真实的 物理实体，在基本满足相似原理的 条件下，则更能真实地反映地质构 造和工程结构的空间关系，更准确 地模拟施工过程和影响。试验结果 能给人以更直观的感觉，使人更容 易从全局上把握岩体工程整体力学 性征、变形趋势和稳定性特点，以 及各洞室或结构之间的相互关系， 从而做出相应的判断。
6、地下结构工程地质 力学模型试验
包括四个方面的问题
6.1 地下结构模型试验的意义 6.2 地下结构模型试验原理 6.3地下结构模型试验模拟技术 6.4 地下工程模型试验实例介绍
6.1 地下结构模型试验的意义
研究岩体稳定问题，包括坝基和坝肩稳定、边 坡稳定、地下结构围岩稳定问题，通常采用的方法 有工程类比法、地质结构分析法、数值模拟仿真分 析法和地质力学物理模型试验法等。对于中小型工 程，一般只采用前几种方法进行研究，但对与大型 或超大型工程，地质力学物理模型试验则是必要的。
１．不考虑容重相似的砂石膏混合物
对于不必模拟自重的模型材料来说，石膏－砂－水 的混合物是一种较为理想的材料。它的特点是价格 低，取材方便，制作简单，性能稳定，可以模拟广 泛的力学参数，也便于获得低强度，低弹模的性质。 同一配比下，含砂量对材料应力－应变关系的线型 及破坏模式有明显的影响。砂量增加时，弹模增加， 材料表现出脆性破坏特性；砂量减少时，弹模降低， 脆性减弱；砂量为零时，弹模降到最低，并表现出 典型的塑性破坏特性。
解决了三维试验中的高容重模型材料、三维初 始应力场生成、隐蔽开挖模拟及量测等关键技 术问题，使试验取得成功。这一试验研究成果 也可应用于今后我国大西南地区的其它超大型 地下水电站的研究，因而有着重要的价值和意 义。
在国家教育部组织的鉴定中，这
项研究成果被评为“总体上达到 国际领先水平”
6.2 地下结构模型试验原理
要使模型中所发生的情况，能如实反映原型中 所发生的情况，就必须根据问题的性质，找出 主要矛盾，并根据主要矛盾，去确定原型与模 型之间的相似关系和相似准则。 一般说来，地下结构问题涉及的物理量有：坐 标位置X、Y；压力P、位移Ｕ、应力σ、τ；容 重γ；时间ｔ……等。若欲使模型和原型相似， 必须满足以下两个条件： （１）各对应量成一定的比例关系； （2）各对应量所组成的数学物理方程相同。 具体说来，模型与原型应存在下列三方面的相 似：
ห้องสมุดไป่ตู้
除干燥养护时间较长外，该材料的另一弱点是应 力～应变曲线呈塑性性质，见图。该图表示的一 组混合料是在重晶石：砂：水：甘油＝4600： 9200：2250：200固定不变的情况下，仅改变石 膏的掺量而得到的。
（2）松香酒精溶液或石蜡
它属于一种弱胶结剂，有利于降低材料的强度。它们和酒精 的溶液（石腊微溶于酒精）可以避免铁粉生锈，并使模型材 料快干，缩小养护时间。经验证明，铁粉和乳胶、环氧以及 石膏的水溶液接触，都会生锈并引起其它化学反映。当选用 铁粉作骨料时，酒精作溶液是适宜的。松香酒精溶液可使材 料具有脆性性质。饱和石腊酒精溶液可使模型材料具有塑性 性质。调整两者的比例，可以改变其组合料的应力～应变曲 线形状及其破坏性态。此种粘结剂溶液的最佳用量应是能使 均匀沾湿全部骨料颗粒表面，在压模成型时，颗粒之间既能 相互粘结，又没有多余的溶液被挤出。 但这种材料强度特性调节范围不如石膏浆那样灵活、广泛， 这是值得进一步研究的问题。
２．考虑容重相似的地质力学模型材料
当地应力场强度足够大，足以略去岩石自 重影响，或者，当地下洞室上层岩石覆盖厚度 足够厚，以致可将岩石自重化引为面力作用在 洞室周围岩体的边界时，可以忽略模型范围内 自重的相似性，采用上述石膏～砂的混合料作 为模型材料是合适的。反之，特别是对于浅埋 的地下洞室，其初始地应力场以自重应力场为 主，则应考虑自重相似，采用所谓地质力学模 型材料。
其次，也可以通过物理模型试验， 对各种数值分析结果进行一定程度 上的验证，而不必等到工程施工以 后。这无疑对于大型或超大型岩体 结构工程是有重要意义的。
与研究坝体、坝基和坝肩稳定性的 三维地质力学模型试验相比，研究地下 结构和地下洞室的岩石力学物理模型试 验则有很大的差距。到目前为止，从可 以查到的资料看，只有少数几个平面模 型试验和小型三维试验。这些试验都无 法模拟洞室的施工过程。究其原因，最 主要的则是模拟地下洞室施工过程的三 维模型试验难度太大。例如三维地应力 场的模拟原理和技术、洞室群开挖尤其 是内部洞室隐蔽开挖技术的实现、内部 物理量量测方法等等，因而几十年来一 直没有什么进展。
因面积是长度的二次方，所以面积比尺为： Ap/Am=Kl2 又因体积是长度的三次方，所以体积比为： Vp/Vm=Kl3 一般说来，模型越大，越能反映原型的实际 情况（原型实际上是Kl＝１，但往往由于各 方面的条件限制，模型又不能做得太大。通 常模拟矿山采场用Kl＝５０～１００，大型 洞室群常常采用300左右，即将原型缩小为 1/50～1/100、或1/300。
影响材料强度的主要因素是胶结剂。除利 用环氧树脂在水中的乳化作用作为胶结料以外， 所用的胶结料主要是两种：
（１）石膏浆 调整石膏用量或水膏比，可以调整材料的强度及 变模。图中所示为石膏掺量对单轴抗压强度的影响。材料在 浇注成型1～2天以后拆模，在室温下晾干，并在红外 线灯下烘烤32小时左右，直至试件不再失重为止。
Kt Kl
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在进行静力模型试验时一般不考虑时间比尺，但 是如果要考虑流变或蠕变特性，即使是静力问题 也要考虑时间比尺。
模型和原型材料的相似关系：
若原型中量纲相同的物理量用了不同的 比例关系，这种模型叫做歧变模型。但 应把歧变影响减到最小。
6.3地下结构模型试验模拟技术
室内模拟技术的主要内容是如何选择 模型材料和量测技术来实现所建立的 相似条件，然后进行模型设计的研究， 包括岩块模拟，节理或不连续面的模 拟，岩体模拟，岩体初始应力场及开 挖过程的模拟。本节仅就上述问题作 一简介。
为满足容重相以，应有容重比尺Ｋγ＝１。如能使 Ｋγ＜１，则可进一步减小所需的应力比尺Ｋ。或 减少模型尺寸。所以模拟自重应力场的地质力学 模型材料除了满足应力应变全过程的相似，内摩 擦角、凝聚力及泊桑比的相似以外，尚要求模型 材料有尽可能大的容重，较低的强度和变形模量。 提高材料容重的办法是采用大比重骨料。例如， 重晶石粉，其容重为2.72g/cm3,空隙率40％；红丹 粉，容重5.25g/cm3,空隙率40％；铁粉，可由未生 锈的铁屑中筛选，容重3.56g/cm3,空隙率47％；此 外尚有石英砂，铅及铅的氧化物如PbO及Pb3O4 但 由于铅及其氧化物有毒且价格昂贵，我国都不采 用。
这里的模型试验是指相似材料模拟试验，它 也是人们探讨和认识地下工程力学特性和规 律的途径之一。 采用模拟材料做成模型，然后在模型中开挖 洞室或隧道，观察模型的变形、位移、破坏 和应力等情况，据以分析、推测原型中所发 生的情况。这种方法，称为相似材料模拟方 法。它被用来研究地下结构和洞室的某些稳 定问题，例如估计地应力大小、顶底板相对 位移、塌落拱形状和大小、支护对地应力的 影响、地下开挖对地表的影响等等。
结构模型试验(一)
2.2 物理现象相似原理（相似理论、相似定律）
使模型上产生的物理现象、物理过程与原型相似， 要求模型材料、模型形状和荷载必须遵循的规律。 相似原理的内容为揭示相似的物理现象之间存在的 固有关系，找出同名物理量之间的固定比数，以及将相 似理论应用在科学试验及工程技术实践中。
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2.4 相似理论基础
结构模型试验与量测技术
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第一章 概述
结构模型试验的任务
将作用在原型水工建筑物上的力学现象，按一定的相 似关系缩小，重演到模型上，从模型演示的与原型相似的 力学现象中，采用电测技术量测应变和位移，以确定其应 力、位移及安全度，再通过相似关系换算到原型，进而与 设计成果分析对比，验证设计方案的合理性、计算数据的 可靠性。
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线弹性应力模型试验：研究结构物本身在正 常或非破坏的工作条件下的结构性态。 结构模型破坏试验：通过超载加荷直至模型 破坏，研究结构本身的极限承载能力或安全 度。 抗滑稳定模型试验：研究基岩中已知软弱结 构面的问题。 地质力学模型试验：研究地基本身及其对上 部建筑物的影响。
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模型试验的分类
按作用荷载特性分类 静力结构模型试验：研究建筑物在静荷载（静水压 力、自重、温度荷载等）作用下的应力、变形、稳 定及承载能力等问题。 动力结构模型试验：研究建筑物在不同地震烈度 影响下，空库或者满库时的自振特性（包括频率、 振型、阻尼等）、地震荷载、地震应力及抗震稳 定性等的动态模型试验。
5 地下结构工程地质力学模型试验
为此，不少国家都建立了各种类型的大型试型 台架，而其中又以卧式台架为主。
如日本的一个卧式圆形台架外径17m，内径 13m。壁厚2m，用钢筋混凝土制成。台架内 可随试件需要而垫各种大小形式的垫块。曾用 该台架做过1：1公路隧道拱部衬砌模型试验。
物理模型则由于是真实的物理实体，在基 本满足相似原理的条件下，则更能真实地反映 地质构造和工程结构的空间关系，更准确地模 拟施工过程和影响。
试验结果能给人以更直观的感觉，使 人更容易从全局上把握岩体工程整体力 学特征、变形趋势和稳定性特点，以及 各洞室或结构之间的相互关系，从而做 出相应的判断。
其次，也可以通过物理模型试验，对 各种数值分析结果进行一定程度上的验 证，而不必等到工程施工以后。这无疑 对于大型或超大型岩体结构工程是有重 要意义的。
当进行平面应变型试验时，可再加两块前后挡板， 其构造特点是刚度大，不易产生侧向挠曲变形， 同时要适当设置试验观察和测试孔口。
（3）大型卧式台架
在上述的小型和中型台架中做的试验模型体积 小，重量轻，易于制作，测试设备较少。因此它的 优点是试验周期短，可以在短期内做几组不同类型 的结构试验，并可以为设计选型较快地提供数据。
2．加载过程
由于模型制作和仪表设置等一般都要化费 较多时间，尤其是1：1的大模型试验，化 费的时间更长，因此模型试验的加载都不 是一次达到破坏荷载。
通常的加载分为以下几个阶段：
(1)弹性阶段，荷载数量只到设计荷载的 1/5～1/2，分布形式可按现场实测数据进行 设计
（2）长期观测阶段，有的结构试验中对材料徐变影 响比较感兴趣，因此在弹性阶段荷载作用下保持荷 载不变的情况下观察一段时间。时间的长短与工程 结构的特点和实际变形速度有关，一般需保持10～ 30天。
地质勘察中的地质力学分析方法
地质勘察中的地质力学分析方法地质力学是地质学的一个重要分支，其研究对象是岩石和地层在不同应力条件下的力学性质。
在地质勘察中，地质力学分析方法是评价和预测地质灾害、工程稳定性和岩土工程性质的重要手段。
本文将介绍地质勘察中常用的地质力学分析方法，包括物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等。
一、物理力学性质测试物理力学性质测试是地质力学分析的基础。
通过对野外或实验室采集的岩心、岩样进行物理性质测试，可以获取材料的密度、孔隙度、孔隙水饱和度等参数，进而分析岩石的力学性质。
常用的物理力学性质测试包括岩石密度测试、孔隙度测定和渗透性试验等。
二、力学参数试验在地质力学分析中，力学参数是评价材料力学性质的重要指标。
力学参数试验是通过对岩石样品进行静态或动态试验，获取其强度、弹性模量、抗剪强度等参数的方法。
常用的力学参数试验包括抗压试验、拉伸试验、剪切试验以及岩石弹性模量和泊松比试验等。
三、岩石力学模型岩石力学模型是在地质力学分析中用于描述材料行为的数学模型。
不同类型的岩石和地层在不同的应力条件下表现出不同的力学特性，通过构建适合实际情况的岩石力学模型，可以更准确地分析地质问题。
常用的岩石力学模型有弹性模型、塑性模型和弹塑性模型等。
四、数值模拟数值模拟是地质力学分析中较为复杂和高级的方法之一。
通过建立合适的数值模型，并运用数值方法求解，可以模拟岩土体的力学行为和变形特性，预测其在不同条件下的响应。
常用的数值方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
由于地质力学分析方法的深入和发展，目前已经涌现出许多基于实际情况的改进方法和新的数值模型。
例如，针对岩体断裂和裂纹的分析，提出了岩体断裂力学、岩体组分断裂力学等新的分析方法。
此外，随着计算机技术的快速发展，人工智能算法在地质力学分析中的应用也越来越广泛。
综上所述，地质勘察中的地质力学分析方法是评价和预测地质问题的重要手段。
通过物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等方法，可以更准确地分析地质体的力学性质和行为，为工程设计和地质灾害预防提供科学依据。
地质力学模型试验技术与应用
浅析地质力学模型试验技术的研究与应用摘要：当前，大型地下洞群所处的地质环境愈加复杂，尤其是在深埋、高地应力条件下，洞群围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机制等问题急需解决，而地质力学模型试验是解决这类问题的主要研究方法。
该文主要分析了模拟材料、组合式模型试验装置、量测技术等问题，并介绍了模型试验的工程应用。
关键词：地质力学模型试验技术工程应用引言地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡及地下洞室等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破坏机理等。
2l世纪是中国工程建设快速发展的世纪，水利、水电、能源、交通等大型工程的开发已成为我国经济建设的重点。
对这些复杂的问题，一方面要借助理论分析、计算机数字模拟方法去研究；另一方面，更多地要借助地质力学模型试验手段来解决。
大量的工程实践证明，地质力学模型试验方法是研究大型岩土工程问题，特别是地下工程问题的一种行之有效的方法。
1 模型材料根据相似理论，模型的几何尺寸、边界条件、荷载及相似材料的容重、强度及变形特性等方面必须与原型相似。
一般根据要研究问题的性质，寻找满足主要参数相似的材料。
例如，对于沿夹层滑动的稳定问题，夹层材料的相似性必须严格满足，而岩体的某些材料参数的相似性可以适当放宽。
目前国内外最常用的是采用石膏、重晶石粉、石英砂等材料配合而成的，具有代表性的是韩伯鲤等研制的msb材料和马芳平等研制的nios相似材料,这2种材料都具有较好的性能,但都具有不足的地方。
酒精易于挥发，干燥时间短，可缩短试验周期；没有任何毒副作用，不会对人体造成伤害：压制成型的砌块易于切割，能满足模型拼装砌筑的工艺要求；容重高、抗压强度和弹性模量低；性能稳定，不生锈，有很高的绝缘性；由于各种材料拌和后未产生化学反应，因此试验后的材料可重复使用，提高了材料的利用率和使用寿命等优点。
2 组合式模型试验装置2.1组合式试验台张强勇等研制的组合式三维模型试验装置，采用分体式设计，其主要由底盘、箱体、加载系统组成(见图1)。
第4讲-地下结构工程地质力学模型试验
Kt Kl
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在进行静力模型试验时一般不考虑时间比尺，但 是如果要考虑流变或蠕变特性，即使是静力问题 也要考虑时间比尺。
模型和原型材料的相似关系：
若原型中量纲相同的物理量用了不同的 比例关系，这种模型叫做歧变模型。但 应把歧变影响减到最小。
6.3地下结构模型试验模拟技术
室内模拟技术的主要内容是如何选择 模型材料和量测技术来实现所建立的 相似条件，然后进行模型设计的研究， 包括岩块模拟，节理或不连续面的模 拟，岩体模拟，岩体初始应力场及开 挖过程的模拟。本节仅就上述问题作 一简介。
为满足容重相以，应有容重比尺Ｋγ＝１。如能使 Ｋγ＜１，则可进一步减小所需的应力比尺Ｋ。或 减少模型尺寸。所以模拟自重应力场的地质力学 模型材料除了满足应力应变全过程的相似，内摩 擦角、凝聚力及泊桑比的相似以外，尚要求模型 材料有尽可能大的容重，较低的强度和变形模量。 提高材料容重的办法是采用大比重骨料。例如， 重晶石粉，其容重为2.72g/cm3,空隙率40％；红丹 粉，容重5.25g/cm3,空隙率40％；铁粉，可由未生 锈的铁屑中筛选，容重3.56g/cm3,空隙率47％；此 外尚有石英砂，铅及铅的氧化物如PbO及Pb3O4 但 由于铅及其氧化物有毒且价格昂贵，我国都不采 用。
解决了三维试验中的高容重模型材料、三维初 始应力场生成、隐蔽开挖模拟及量测等关键技 术问题，使试验取得成功。这一试验研究成果 也可应用于今后我国大西南地区的其它超大型 地下水电站的研究，因而有着重要的价值和意 义。来自 在国家教育部组织的鉴定中，这
项研究成果被评为“总体上达到 国际领先水平”
6.2 地下结构模型试验原理
１．不考虑容重相似的砂石膏混合物
对于不必模拟自重的模型材料来说，石膏－砂－水 的混合物是一种较为理想的材料。它的特点是价格 低，取材方便，制作简单，性能稳定，可以模拟广 泛的力学参数，也便于获得低强度，低弹模的性质。 同一配比下，含砂量对材料应力－应变关系的线型 及破坏模式有明显的影响。砂量增加时，弹模增加， 材料表现出脆性破坏特性；砂量减少时，弹模降低， 脆性减弱；砂量为零时，弹模降到最低，并表现出 典型的塑性破坏特性。
地下结构试验与测试技术总结
地下结构试验与测试技术总结——孟陆波第一章绪论1.1工程试验的重要意义和目的存于：1．作为设计的依据和信息2．作为施工的指导和控制3．作为运营的安全监视4．作为理论研究的手段要成功地进行一次工程试验，需要条件:①除了有一个完整的、切合实际工程情况的试验计划外，还必须掌握一系列测试技术②同时，工程试验中，需要了解岩土体的物理力学参数，如：容重，弹模、泊松比等③通过仪器、仪表、探头(传感器)来测定参数本身和它们的变化值。
④利用工程试验和测试技求对若干个工程进行研究，从中得出规律性的东西，使理论得到发展。
⑤再用工程试验的方法在以后的工程实践中应用和改进这些已有理论。
1.2研究对象分类：（一）荷载类型根据荷载类型，工程试验可分为工程动态试验和静态试验。
前者主要研究工程结构物在动荷载(例如爆破力、列车振动力、地震力，等等)作用下的力学状态和安全状态；后者主要研究工程结构物在静荷载或缓慢变化荷载(例如岩土压力、地基反力、静水压力、自重力，等等)作用下的力学状态和安全状态。
从试验的角度看，除了加荷的性质不同以外，主要区别仅在于部分测试项目和仪器不同。
（二）工程类型地面工程与地下工程地下工程与地面工程区别：(1)作用体系的区别地面工程一般只与地基相互作用。
因此，除了地基探测和基础设计外，结构可以看成是一个空间自由状态的作用体系；而地下工程则与周围地层有密切的关系，属于二者共同作用的体系。
(2)外荷的区别地面工程所受的外荷一般说来是已知的，明确的；而地下工程，从力学上看，处于与围岩相互作用的体系之中；从地质上，看处于千变万化的地质体之中。
地面工程与地下工程在工程试验测试中以下内容是相同的：(1)外荷的测试，又可称为压力测试。
(2)内力的测试，包括正应力、剪应力、弯矩和扭矩等形式。
(3)位移的测试，包括相对位移、绝对位移等。
本课程的研究对象是地下工程的静态试验和静力测试技术。
1.3一些基本概念在工程试验中遇到的力学量，如压力、应力、位移等，都属于非电量的物理量。
东南大学土木学院《地下结构工程》ppt课件
图1-2 附建构造 exit
图1-3 浅埋式构造exit
图1-4 地道式构造 图1-5 沉井 exit
图1-6 盾构exit源自图1-7 地下延续墙构造exit
图1-8 顶管exit
图1-9 沉管exit
1.2 设计内容
设计分工艺设计、规划设计、建筑设计、防 护设计、构造设计、设备设计等。
技术设计
主要是处理构造的强度、刚度和稳定、抗裂性等 问题，并提供施工时构造各部件的详细细节尺寸 及衔接大样。
〔1〕 计算荷载： 〔2〕 计算简图： 〔3〕 内力分析： 〔4〕 内力组合： 〔5〕 配筋设计： (6〕 绘制构造施工详图： 〔7〕 资料、工程数量和工程财务预算。
1.3 计算原那么
弹性抗力限制了构造的变形，故改善了构造的受力情况， 如图1-10所示。exit
1.4 本课程的内容和义务
本课程是土木工程的一门专业课。 获得地下构造工程的根底知识，掌握地
下构造工程的技术性能，运用方法及其 施工工艺；
本书将对各种常见的地下构造工程进展 授课：
大开挖基坑、深基坑工程、 浅埋式构造、沉井构造、
前往
图1-1 地下构外型式
北京地铁王府井车站
广州地铁东〔山口〕~杨〔箕〕区间隧道
综合地质、运用、施工三要素，地下 构造常见的型式有以下几种：go
地下构造常见的型式有以下几种 〔1〕 附建式构造 图 〔2〕 浅埋式构造图 〔3〕 地道式构造图 〔4〕 沉井法构造 〔5〕 盾构法构造图 〔6〕 延续墙构造 图 〔7〕 顶管构造图 〔8〕 沉管法构造图
1〕 运用规范 2〕 设计规范：确定地下建筑物的荷载、建筑资料
的选用、允许思索由塑性变形引起的内力重分布、 截面计算原那么、资料强度目的 3〕 计算实际 〔1〕计算原理：较多地运用以文克尔假定的根底 部分变形实际以及以弹性实际为根底的共同变形实 际。阐明 〔 2〕计算方法：普通构造力学法，弹性地基梁法， 矩阵分析法。
地下结构工程教学PPT地下结构的计算理论
地质勘查
通过地质勘查获取地下结构的地 质资料，包括岩土性质、地质构 造、水文地质条件等，为稳定性
分析提供基础数据。
原位试验
通过原位试验方法，如静力触探、 旁压试验等，对地下结构的岩土 性质进行测试，获取岩土的物理 力学参数，为稳定性分析提供依
展望
未来，数值模拟技术将与实测数据、人工智能等技术相结合，实现更加智能化、 自动化的工程分析和设计，为地下结构工程的发展提供更加有力的技术支持。
THANKS
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Part
05
地下结构的数值模拟技术
数值模拟技术在地下结构中的应用
结构稳定性分析
通过数值模拟技术，可以对地下结构的稳定性进行分析， 预测可能出现的滑动、崩塌等现象，为工程设计和施工提 供依据。
变形和应力分析
数值模拟技术可以对地下结构的变形和应力进行详细分析 ，了解结构的受力状态和变形趋势，优化设计方案。
渗流分析
通过数值模拟技术，可以对地下结构的渗流进行分析，预 测渗流场的变化和可能出现的渗漏问题，为防水设计和施 工提供依据。
优化设计
数值模拟技术可以对多种设计方案进行比较和优化，选择 最优方案，提高地下结构的可靠性和经济性。
数值模拟技术的优缺点分析
优点
数值模拟技术可以模拟复杂的地质条件和施工过程，提供详细、准确的分析结 果，有助于优化设计方案和提高工程质量。
缺点
数值模拟技术需要专业的技术人员和较长的计算时间，同时需要充分的数据支 持和验证，对于复杂地质条件和大规模工程的模拟仍存在一定的局限性。
数值模拟技术的发展趋势和展望
【最新精选】高等土力学-1.1室内试验1.2模型试验
高等土力学Advanced Soil Mechanics§1 土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。
二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。
②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1 室内试验§1.1.1 直剪试验大小是变化的，方向是旋转的。
⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。
静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σσ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
1-适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。
优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。
主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。
静三轴试验试样的应力状态§1.1.4 三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。
其激振方式有电磁力、气（液）压力、惯性力等。
后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。
地质力学测试.
煤矿急倾斜煤层——地应力学测试方案1 前言1.1 地质力学的基础地位巷道围岩是一个极其复杂的地质体。
与其它工程材料相比,它具有两大特点:其一是岩体内部含有各种各样的不连续面,如节理、裂隙等,这些不连续面的存在显著改变了岩体的强度特征和变形特征,致使岩块与岩体的强度相差悬殊;其二是岩体含有内应力,地应力场的大小和方向都显著影响着围岩的变形和破坏。
因此,一切与围岩有关的工作,如巷道布置、巷道支护设计,特别是锚杆支护设计,都离不开对围岩地质力学特征的充分了解。
地应力是引起采矿及其他各种地下工程变形和破坏的根本作用力。
巷道围岩变形和破坏取决于地应力、围岩性质及支护方式。
地应力的大小和方向对巷道围岩稳定影响极大。
地应力测量是确定工程岩体力学属性,进行围岩稳定性分析,实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。
支护设计是锚杆支护中的一项关键技术,对充分发挥锚杆支护的优越性和保证巷道的安全具有十分重要的意义。
如果支护形式和参数选择不合理,就会造成两个极端:其一是支护强度太高,不仅浪费支护材料,而且影响掘进速度;其二是支护强度不够,不能有效控制围岩变形,出现冒顶事故。
为了对采矿工程进行科学合理的开挖设计和施工,就必须对影响工程稳定性的各种因素进行充分调查。
在诸多的影响岩体开挖工程稳定性的因素中,地应力状态是最重要最根本的因素之一。
近几年来,随着煤巷锚杆支护技术的迅速发展,作为该技术中的关键内容之一,巷道围岩地质力学测试也逐步得到重视,测试结果应用于支护设计,显著提高了支护设计的合理性和可靠性。
锚杆支护有多种设计方法,目前,动态信息设计法得到广泛认可与应用。
动态信息法具有两大特点:其一,设计不是一次完成的,而是一个动态过程;其二,设计充分利用每个过程中提供的信息,实时进行信息收集、信息分析与信息反馈。
该设计方法包括五部分:巷道围岩地质力学评估、初始设计、井下监测、信息反馈与修正设计。
其中,巷道围岩地质力学测试与评估是锚杆支护设计的必要基础,包括:①巷道围岩岩性和强度。