地下工程設計模式分析理論

Ⅰ 土體力學分析理論

目前進行土體力學分析時，一般都採用連續介質力學方法，多數情況下這是對的。可是在有一些情況下就不對，如在邊坡和地下洞室中，常常見到塊體塌方和黃土直立邊坡崩塌破壞，這就不能用連續介質力學模型能處理的。它們是屬於塊裂介質力學，因此在進行土體力學分析時必須根據土體結構和土體賦存環境條件分析其力學介質，結合土體工程特點，給出合適的力學模型進行分析才能取得符合實際結果，不能千篇一律地都採用連續介質力學方法進行分析。根據土體結構及土體在環境應力改變時，其力學作用方式和規律類型的不同，可將土體劃分為若干土體力學介質類型。根據作者的經驗和認識，目前可將土體劃分為三種力學介質：①連續介質；②楔形體塊裂介質；③柱狀體塊裂介質。劃分條件及其力學作用規律示於表4-3，這是土體力學分析的基本依據。

表4-3 土體力學介質劃分

1.土體地基工程變形分析方法

地基工程變形是土力學討論十分深入的一個問題。一般來說，地基變形可用下面方法估算。這個方法不論對均質土體或者是不均質土體地基都適用，這個方法稱為分層總合法。具體方法如下：

（1）將變形土體分成適當數目的水平層，對多層結構土體來說，可對應土層界面及應力變化點來分層（圖4-8）。

圖4-8 固結沉降計算示意圖

（2）計算每一水平層的有效附加應力。為實用起見，每層值可取在該層中心深度處。

（3）計算每一水平層的附加垂直應力平均值。如果每層厚度與地基寬比較起來很小的話，Δσ_z的平均值可以取分層的中心深度應力值。因為應力分布與土體特性無關，故均質土體和多層土體內應力計算可用同樣方法。

（4）計算由於附加垂直應力引起的每一水平層厚度的壓縮量ΔH：

地質工程學原理

或

地質工程學原理

（5）基礎下任一深度處沉降變形一等於這一點以上各水平層沉降變數為之和，即

地質工程學原理

這個方法把不均勻性影響考慮進去了，是目前估算地基工程變形比較通用的方法。

2.土體邊坡工程穩定性分析方法

目前土體邊坡穩定性分析方法有許多種，最常用的是圓弧滑動面法。1958～1960年，著者在西北黃土區進行渠道地質工程建設研究過程中，曾對西北黃土邊坡力學問題進行過一系列的調查研究，收集了大量的邊坡破壞資料。對所收集的資料進行分析後得到了一個重要認識，即西北黃土邊坡產生滑坡的力學過程是：上部土體塌落，邊坡部分土體受擠壓而產生滑落。這一過程的力學機理可用圖4-9來說明，上部為塌落應力區，下部為滑落應力區，中間為過渡區。塌落區內應力σ₁ 方向大致與地面垂直，滑落區內應力σ₁ 方向大致與邊坡面平行。根據土體平衡理論，塌落應力區破裂面與σ₁ 方向成45－ψ/2角，ψ為抗剪角；滑落應力區破裂面與σ₁ 成45-ψ/2角，在邊坡情況下則與邊坡面成45-ψ/2角；過渡區為共軛破裂面交角，即（45-ψ/2）＋（45-ψ/2）＝90-ψ。據此可以繪制出土體邊坡理論破裂面輪廓。在理論上，土體內理論破裂面不是一條，而是一組（圖4-10）。當土體某一個或幾個理論破裂面失穩時便產生滑坡，邊坡產生破壞。圖4-11是這個理論的一個例證。該邊坡內同時有三個破裂面達到破壞條件，因此產生了三個台階狀破壞。由此可知，在進行邊坡穩定性分析時，不能僅核算通過坡腳的理論破裂而產生邊坡破壞可能性問題，而且應該對如圖4-10所示的各個理論破裂面破壞可能性進行核算，找出最危險或者說穩定性最低的破裂面，給出穩定性系數，評價邊坡穩定性。下面具體談一下理論破裂面圖解法繪制方法。如圖4-12所示：

圖4-9 邊坡土體滑坡作用的力學機理草圖

圖4-10 黃土邊坡的理論破裂面組合

圖4-11 寶雞瞿家台黃土邊坡的破壞（坡高18m）

圖4-12 寶雞瞿家台黃土邊坡穩定性核算結果

（1）按比例作出邊坡幾何外形AOD。

（2）利用抗剪試驗結果，求出不同深度處抗剪角，注於高程坐標尺上，抗剪角ψ既可以利用公式

地質工程學原理

計算，亦可以用圖解法求得。

（3）利用高度坐標尺上注的抗剪角ψ，分段作理論破裂面AB，OC及DC，OB、AB段理論破裂面與邊坡面成45－ψ/2，OC，DC段理論破裂面與垂直方向成45－ψ/2角。將BC間劃分為若乾等份並與O點聯線，由B點向上依次作90－ψ包線，交OC線於C點再由C點向上作DC線。至此即完成一條理論破裂面曲線。

圖4-12為瞿家台黃土邊坡穩定性核算繪制的理論破裂面，繪制的理論破裂面與圖4-11所示的實測結果基本一致。繪制的理論破裂面上部為90°，迅速轉變為80°，中部為65°，下部為45°；圖4-11所示的實測剖面的上部為80°～90°，中部為65°，下部為45°。顯然，上述方法是可信的。有了上述的理論破裂面，就可以利用圖解法或代數法求各個理論破裂面的穩定性，核算邊坡穩定性。上面介紹的是完整結構土體邊坡穩定性分析方法。對完整土體來說這個方法是可信的，當土體內發育有軟弱層面或節理面的情況下就不行了。常見的受軟弱層面和節理面控制下的破壞有如下兩種情況：

（1）如圖4-13a所示的受軟弱層面和節理面控制下破壞；

（2）如圖4-13b所示受垂直節理或裂縫控制下的塌落。

圖4-13 黃土土體破壞示意圖

這兩種邊坡破壞類型不僅見於黃土區，而在許多黏性土地區也常見到。受構造節理和軟弱層面控制產生的破壞系沿弱面下滑。它完全符合庫侖定律，可以很簡單地利用斜面滑動極限平衡原理分析邊坡穩定性。問題在於在野外就要鑒別出這種地質模型。有了地質模型，就可以很容易轉化為力學模型，力學計算是很簡單的，可用公式（4-34）進行。

圖4-13b所示的垂直裂縫控制下的邊坡塌落條件，可以通過坡腳土體壓致拉裂破壞判據來分析其穩定性，即

地質工程學原理

式中：σ_c為土體單軸抗壓強度；γ_i，h_i 為各分層土體重度及分層厚度。

土體邊坡穩定性分析的關鍵是搞清地質模型，合理的抽象出力學模型，選定合理的力學參數，計算工作並不復雜。而目前一種偏向是計算理論研究得很深，選用的力學模型和力學參數並不符合土體的地質實際，所取得的結果常常不符合實際。

3.土體中洞室穩定性分析方法

土體中修建地下洞室，如隧道、土庫等穩定性問題很早就進行過研究。這些研究出發點都是以洞頂塌落土體作為支護的外載，從而形成了地下工程建築中的荷載支護體系的觀念。好像地下工程建築中的主要土體力學問題，就是尋求給出洞頂土體塌落高度。因此，很多人都在研究洞頂土體塌落高度計算公式。這些研究結果中最有名的要算普氏塌落拱理論，它曾控制達半個世紀之久。現將普氏理論主要內容介紹如下。

普氏塌落拱模型如圖4-14所示，他的理論的基本點如下：

圖4-14 普氏塌落拱力學模型

（1）普氏定義土體抗剪角為土體強度系數，通常稱為普氏系數，即

地質工程學原理

（2）設洞室寬度為2b₁，洞室高度為h，塌落拱寬度為2b₂，支持拱腳的土體與洞壁成

角，則塌落拱半寬為b₂：

地質工程學原理

（3）塌落拱力學平衡條件為

地質工程學原理

地質工程學原理

地質工程學原理

式中：T為水平反力；F為附加抗剪力。

地質工程學原理

（4）當時x＝b₂ 時y＝h_g，則式（4-41）變為

地質工程學原理

將上列結果代入式（4-43）得

地質工程學原理

（5）對h_g取極值得

地質工程學原理

（6）由式（4-47）得知，任一點土壓力為

地質工程學原理

而最大土壓力為

地質工程學原理

在地下工程設計時，則取σ_vmax作為土壓力，設計襯砌厚度。

這個理論有什麼優缺點？在地下工程設計中可否應用？著者認為，首先應該肯定一下，這個理論有可取之處。因為在土體中修建地下洞室，不管是人工的，還是自然的，其穩定的洞形的洞頂都是呈拱形。這就為塌落拱理論提供了實際依據。這證明在地下洞室穩定性核算時，用普氏理論是可行的，但是普氏理論在岩體力學中的應用是不符合實際的。另外，僅有這一點還是不夠的。地下洞室埋深較大時，在施工過程中常常出現有流動變形，即不停止的變形。這是為什麼，普氏理論就回答不了這個問題。這個問題與土體中應力有關，下面討論一下這個問題。

應力極限平衡理論如圖4-15所示，P₀ 為土體中垂直應力，λP₀ 為土體中水平應力，地下洞室周圍土體內應力分布遵循下列規律：

圖4-15 在環境應力作用下隧洞周圍土體內應力分布計算草圖

地質工程學原理

地質工程學原理

地質工程學原理

土體穩定性最低部位位於洞壁處，即r＝a處。如此，求得洞壁土體內應力為

地質工程學原理

地質工程學原理

當θ＝90°時有極值，則

地質工程學原理

地質工程學原理

土體內部變形破壞基本上處於塑性狀態，其破壞判據為

地質工程學原理

洞壁處σ₁＝σ_t，σ₃＝σ_r＝0，如此，極限平衡條件為

地質工程學原理

即當實際地應力大於P₀ 時將出現破壞和流動變形。如果P₀＝γh，則洞壁不產生破壞的最大深度為

地質工程學原理

上述表明，地下洞室穩定性受兩個條件控制：①受塌落拱高度形成的土壓力控制；②受洞壁土體極限條件控制。第一個條件可用普氏理論計算，第二個條件可用上面推導的極限深度公式估算。

上面討論的是完整土體中地下洞室建築問題。當土體內發育有軟弱層面和構造節理時，深埋地下的土體開挖暴露風化後，洞壁土體將沿軟弱層面和節理面產生塌落（圖4-16），在這種情況下僅用上面方法分析洞室穩定性是不夠的。因為在未開挖前土體處於潮濕狀態下，節理面不起作用，可作為連續介質看待，可利用上述理論分析洞室穩定性；如果土體失水處於干硬狀態，節理面將起作用，這種情況下，可利用岩體結構力學中塊體介質力學理論和方法分析。土體力學有時也受結構控制，這一點在實際工作中應該重視。

圖4-16 腰峴河隧道DK613＋350下導洞開挖面素描圖

（據鍾世航，1984）

Ⅱ 土木工程的地下工程方向都學什麼

你說的是 城市地下空間工程 吧

本專業培養具有堅實的數學、力學等自然科學基礎和人文社會科學基礎，掌握城市地下工程勘察、規劃、工程材料、結構分析與設計、機械基礎及工程機械、電工技術、工程測量、施工組織和工程概預算、工程監理等方面的基本技術和知識，具備從事城市地下空間工程的規劃、設計、研究、開發利用、施工和管理能力，具有較強的計算機應用能力和較高的外語水平。主幹課程：工程力學、結構力學、岩石力學、土力學、工程地質、環境工程學、城市地下規劃與設計、城市地下空間開發利用、岩土地下工程結構、岩土地下工程施工的基本理論和技術等。畢業生可在城市地下鐵道、地下隧道與管線、基礎工程、地下商業與工業空間、地下儲庫等工程的設計、研究、施工、教育、管理、投資、開發等部門從事技術或管理工作。優秀畢業生可實行本、碩連讀。
一 培養目標
本專業培養具有堅實的數學、力學等自然科學和人文社會科學基礎，掌握城市地下工程勘察、規劃、工程材料、結構分析與設計、電工技術、工程測量、施工組織和工程概預算、工程監理等方面的基本技術和知識，具備從事城市地下空間工程的規劃、設計、研究、開發利用、施工和管理能力，具有較強的計算機應用能力和較高的外語水平的高級專門人才。
二 培養要求
本專業學制四年。
具有堅實寬廣的基礎知識和系統深入的專業知識，了解城市地下空間工程專業的發展與動態，掌握城市地下空間工程專業的設計、施工等最新發展的理論與技術，能承擔本專業科研和教學任務，具備組織科研項目或工程生產的能力。
三 主要課程
理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、岩石力學、土力學與基礎工程、工程地質、城市地下規劃與設計、城市地下空間開發利用、地下工程結構、地鐵與輕軌、隧道工程、地下混凝土結構、地下工程施工的基本理論和技術等。
四 主要實踐性教學環節
力學實驗、土力學實驗、岩石力學實驗、地下混凝土結構課程設計，地下建築結構課程設計，認識實習和生產實習，計算機應用及上機實踐，畢業實習和畢業設計等。
五 就業方向
本專業就業部門廣泛，可在城市地下鐵道、地下隧道與管線、基礎工程、地下商業與工業空間、地下儲庫等工程的設計、研究、施工、教育、管理、投資、開發等部門從事技術或管理工作。繼續深造可報考岩土工程、結構工程、市政工程、橋梁與隧道工程等專業方向的研究生。
六 修業年限
四年
七 授予學位
工學學士
八 相近專業
土木工程,道路橋梁與渡河工程,建築學,城市規劃,建築環境與設備工程

Ⅲ 求《地下工程本科畢業設計指南 地鐵車站設計 》pdf

【作者】蔣雅君，邱品茗編著
【形態項】 236
【出版項】 成都：西南交通大學出版社 , 2015.01
【ISBN號】978-7-5643-3604-2
【中圖法分類號】U231.4
【原書定價】32.00
【主題詞】地下鐵道車站-設計-畢業實踐-高等學校-教學參考資料
【參考文獻格式】 蔣雅君，邱品茗編著. 地下工程本科畢業設計指南 地鐵車站設計. 成都：西南交通大學出版社, 2015.01.
內容提要:
本指南內容包括(明挖)地鐵車站的建築設計、維護結構設計、主體結構設計、結構防水設計、施工組織設計等方面，系統地介紹了該主題的本科畢業設計的工作內容及相關知識要點。

對吧

Ⅳ 地下工程施工方法有哪些

1、暗挖法，即不挖開地面，採用在地下挖洞的方式施工。礦山法和盾構法等均屬暗挖法。

2、沉管法是預制管段沉放法的簡稱，是在水底建築隧道的一種施工方法。現已成為水底隧道的主要施工方法。用這種方法建成的隧道稱為沉管隧道。

3、頂管法是指隧道或地下管道穿越鐵路、道路、河流或建築物等各種障礙物時採用的一種暗挖式施工方法。

4、新奧法是應用岩體力學理論，以維護和利用圍岩的自承能力為基點，採用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時的進行支護，控制圍岩的變形和鬆弛，使圍岩成為支護體系的組成部分，並通過對圍岩和支護的量測、監控來指導隧道施工和地下工程設計施工的方法和原則。

地下建築具有顯著的不同於地上建築的特徵。

1、有良好的熱穩定性和密閉性；

2、具有良好的抗災和防護性能；

3、具有很好的社會效益和環境效益；

4、地下工程施工困難，工期一般較長，一次性投資較高。

5、使用時須充分考慮人的心理狀況；對通風乾燥要求較高。

以上內容參考：網路-地下工程

Ⅳ 什麼是地下工程，包括哪些內容

地下工程的定義:
地下工程是指深入地面以下為開發利用地下空間資源所建造的地下土木工程.它包括地下房屋和地下構築物，地下鐵道，公路隧道、水下隧道、地下
共同溝和過街地下通道等.
地下建築：
顧名思義，就是修築在地下的建築物和構築物，如巷道、管道、隧道、油庫及人防工程等等。地下建築具有顯著的不同於地上建築的特徵。
1.有良好的熱穩定性和密閉性；
2.具有良好的抗災和防護性能；
3.具有很好的社會效益和環境效益；
4.地下工程施工困難，工期一般較長，一次性投資較高。
5.使用時須充分考慮人的心理狀況；對通風乾燥要求較高。

Ⅵ 什麼叫地下工程,有哪些種類和應用

地下工程是指深入地面以下為開發利用地下空間資源所建造的地下土木工程.它包括地下房屋和地下構築物，地下鐵道，公路隧道、水下隧道、地下共同溝和過街地下通道等 。

Ⅶ 地下工程支護結構計算理論經過了哪幾個發展階段

一般基坑支護水泥土（水泥土攪拌樁）牆常作截水帷幕。根據工程地質和基坑開挖深度，經設計計算後，水泥土攪拌樁也可作為重力式水泥土（攪拌樁）牆使用；水泥土牆宜採用水泥土攪拌樁相互搭接形成的格柵狀結構形式，也可採用水泥土攪拌樁相互搭接成實體的結構形式。攪拌樁的施工工藝宜採用噴漿攪拌法。

Ⅷ 什麼是地下工程

地下工程的定義:
地下工程是指深入地面以下為開發利用地下空間資源所建造的地下土木工程.它包括地下房屋和地下構築物，地下鐵道，公路隧道、水下隧道、地下 共同溝和過街地下通道等.
地下建築：
顧名思義，就是修築在地下的建築物和構築物，如巷道、管道、隧道、油庫及人防工程等等。地下建築具有顯著的不同於地上建築的特徵。
1.有良好的熱穩定性和密閉性；
2.具有良好的抗災和防護性能；
3.具有很好的社會效益和環境效益；
4.地下工程施工困難，工期一般較長，一次性投資較高。
5.使用時須充分考慮人的心理狀況；對通風乾燥要求較高。