1、主講：主講： 宋二祥宋二祥 第二章第二章 地下結構設計計算方法地下結構設計計算方法 第二章第二章 地下結構設計計算方法地下結構設計計算方法2-1 概述概述 2-1 概述概述 第二章第二章 地下結構設計計算方法地下結構設計計算方法2-2 荷載結構法荷載結構法 一、淺埋情況一、淺埋情況全自重法全自重法 或或 土柱法土柱法 地面荷載）(hqThKea1)(2HhKeaBq由由 0Y確定確定 2-2 荷載結構法荷載結構法 二、埋深大或較大的情況二、埋深大或較大的情況 dydpadyay222112-2 荷載結構法荷載結構法 122 tan(45/2)aBmb其中其中tan1yyKpacdydp0y 時

2、時 qpy（邊值問題）（邊值問題） tantanyNKpcc2-2 荷載結構法荷載結構法 當當 ytan1Kcapy2-2 荷載結構法荷載結構法 )(tan)(tan1111)1 (tan)/(ayKayKyqeeKacap2T-G QdyecdyTy)tan(2-2 荷載結構法荷載結構法 其中其中 2yaaeKyc K對對H H 有極大值（有極大值（亦由此定其適亦由此定其適用范圍用范圍）2-2 荷載結構法荷載結構法 111tan(1 2tan )2yaaHcpHKKaa2-2 荷載結構法荷載結構法 如圖如圖 )2/45(1htgaa拱的形狀拱的形狀: : 02120PxyHM即即 202xH

3、Py 2-2 荷載結構法荷載結構法 拱高拱高h1：由最大安全儲備原則定：由最大安全儲備原則定 1max0hTTH1maxfpaT其中其中: : f 摩擦系數摩擦系數 1h 安全儲備安全儲備（因該值大，則推力小）（因該值大，則推力小） 再用再用 0212110PahH2-2 荷載結構法荷載結構法 考慮平衡時僅取考慮平衡時僅取拱來分析。拱來分析。消去消去H H0 0有：有： 2121112hpahfpa由由 031212111hpahfpadhd有有 fah112max21pf2-2 荷載結構法荷載結構法 另一思路另一思路：直接令安全系數：直接令安全系數2 2來求來求h1: 21012paHhfp

4、aT1max令令 2/0maxHT有有 fah11h1求出后，頂板上壓力按相應部位塌落土體厚求出后，頂板上壓力按相應部位塌落土體厚度確定度確定 側壁土壓按主動土壓計算，深度從塌落土體的側壁土壓按主動土壓計算，深度從塌落土體的最高處計算最高處計算2-2 荷載結構法荷載結構法 三、有關試驗三、有關試驗 The Total Displacement Field of the TrapdoorThe Principal Stress Field of the TrapdoorAA*The Py-Displ. Curve of the Trapdoor00.10.20.30.40.505001.00E+

5、031.50E+032.00E+03|U| mFy kN/mChart 1中心線上的水平應力中心線上的水平應力四、淺埋與深埋的界限四、淺埋與深埋的界限 習題：習題： 五、土的被動抗力五、土的被動抗力 2-2 荷載結構法荷載結構法 2-2 荷載結構法荷載結構法 hphphhpk2-2 荷載結構法荷載結構法 由上二式消去由上二式消去 h，可解出，可解出 hhppk1土軟時不考慮抗力，偏于安全土軟時不考慮抗力，偏于安全 2-2 荷載結構法荷載結構法 六、埋管壓力分析六、埋管壓力分析 （參考（參考 “土力學土力學”教材教材 p233-238） HHe與泰沙基方法類似推導與泰沙基方法類似推導有有 )(t

6、an2)(tan2)1 (tan2)/2(BzKBzKzqeeKBcB此式與泰沙基公式實際上此式與泰沙基公式實際上相同相同 2-2 荷載結構法荷載結構法 分析：分析：B B很大時很大時 qHz（應等于上埋管壓力）（應等于上埋管壓力） 上埋管壓力計算：上埋管壓力計算： 2-2 荷載結構法荷載結構法 存在一等沉面，等沉面以下似上推導（但滑動面上存在一等沉面，等沉面以下似上推導（但滑動面上剪應力方向相反），等沉面以上土重視為荷載。剪應力方向相反），等沉面以上土重視為荷載。由上述思路導出：由上述思路導出： )(tan2)(tan2)() 1(tan2)/2(DHKeDHKzeeeHHqeKDcD1ta

7、n2tan2)(tan2sdeDHKKDHKeesd 沉降比，經驗系數，對一般地基上沉降比，經驗系數，對一般地基上的剛性管取的剛性管取0.5-0.8 0.5-0.8 突出比突出比, , DH / 如下確定如下確定 eH2-2 荷載結構法荷載結構法 埋管側壓力計算：埋管側壓力計算： 對于圓管，因曲線管壁影響，上部側壓大于朗肯對于圓管，因曲線管壁影響，上部側壓大于朗肯土壓，下部小于朗肯土壓，故建議按均布計算。土壓，下部小于朗肯土壓，故建議按均布計算。 2-2 荷載結構法荷載結構法 問：前面所講泰沙基方法等適用于哪種情況？問：前面所講泰沙基方法等適用于哪種情況？第二章第二章 地下結構設計計算方法地下

8、結構設計計算方法2-3 地層結構法地層結構法 僅對很簡單的問題才可求出解析解，如僅對很簡單的問題才可求出解析解，如均質半無限體中的單孔圓形隧道均質半無限體中的單孔圓形隧道、雙孔等直徑雙孔等直徑圓形隧道圓形隧道，以及，以及橢圓形、方形和直墻拱形洞室橢圓形、方形和直墻拱形洞室等等問題。但僅對第一種問題得出了精確的解析問題。但僅對第一種問題得出了精確的解析計算式，對其他情況雖已用復變函數建立了計計算式，對其他情況雖已用復變函數建立了計算式，但最終結果的計算仍需借助于數值逼近。算式，但最終結果的計算仍需借助于數值逼近。考慮塑性時也僅對圓形洞室的部分課題才有解考慮塑性時也僅對圓形洞室的部分課題才有解析解。析解。 2-3 地層結構法地層結構法 主要是有限元法。優點是適用性強（各種主要是有限元法。優點是適用性強（各種地層、洞室，非線性，施工過程等）；缺點：關地層、洞室，非線性，施工過程等）；缺點：關系難以準確給出。注意：地勘報告中給出的模量系難以準確給出。注意：地勘報告中給出的模量由于土的取樣擾動，一般偏小。按彈性計算，則由于土的取樣擾動，一般偏小。按彈性計算，則應在模量中考慮實際存在的塑性，即用割線模量。應在模量中考慮實際存在的塑性，即用割線模量。 2-3 地層結