北京科技大学地下结构设计复习答案.doc

1. 隧道（巷道）与洞室的几何尺寸和力学特点（1）几何特点：隧道的长跨比10，洞室长跨比10；（2）力学特点：隧道可近似处理为平面应变问题，洞室则属于三维力学问题。2. 地下工程的特点 3-4（1）受力特性；（2）材料特性（3）工程荷载特性；（4）破坏模式特性3. 隧道与地下工程研究发展阶段 5（1）传统支护理论；（2）现代支护理论4. 地下工程支护结构计算的力学模型 10（1）荷载结构模式，（2）结构与围岩共同作用模式，（3）经验类比模式5. 原岩应力的概念与提出 1316. 原岩应力研究的目的（1）工程稳定性评价；（2）地震预报，7. 原岩应力确定的一般方法 138（1）现场测试；（2）位移反演；（3）地质构造形迹推断8. 重力应力和构造应力概念 132 131-138 134（1）重力应力的计算；（2）侧压系数的定义；（3）构造应力分类（古构造应力、新构造应力）9. 地壳浅部原岩应力变化规律 135（1）浅部定义范围（60MPa；B、3060MPa；C、2030MPa；D、6220MPa；E、6MPa（3）地下水：渗；滴；流；涌（4）原岩应力：岩体强度应力比：，其中，完整性系数。59. 围岩分类的发展方向（1）从岩石分类向岩体分类方向发展（2）从单因素分类相多因素方向发展（3）从定性分类向定量方向发展（4）从单纯的现象分类开始引入数理统计、模糊数学和灰色理论进行分析的分类方法。60. 锚喷支护参数表的查阅和使用 P19161. 轴对称条件锚喷支护计算（1）点锚式锚杆支护力计算公式的推导与应用（2）全长锚杆锚固力计算公式的推导与应用（3）中性点的概念与计算公式（4）锚杆与喷层参数的设计与验算（5）锚喷支护设计计算中围岩与锚杆的计算参数的确定原则与方法。62.新奥法施工的主要原则 P260（1）（2）（3）（4）63.收敛检测对地下工程施工的作用64.钻爆法和盾构法施工工艺和优缺点盾构法是采用盾构机掘进法施工，靠前侧刀头切削方法，切料、外运。钻爆就是打眼埋炸药，采用爆破的方法取料、外运。盾构机有直径要求，实用于地质稍微软、直径小的地下工程，目前采用最多的是城市地铁。爆破法主要多用于公路隧道，虽然目前有盾构机，但受到直径影响，所以目前的公路隧道还是采用传统的爆破方法为多65.全长锚固锚杆的中性点理论全长锚固中性点理论由东北大学王明恕教授等提出。该理论认为在靠近岩石壁面部分（锚杆尾部），锚杆阻止围岩向壁面变形，剪力指向壁面。在围岩深处（锚杆头部），围岩阻止锚杆向壁面方向移动。锚杆上的剪力指向相背的分界点，称为分界点，该点处剪应力为零，轴向拉应力最大。由中性点向锚杆两端剪应力逐渐增大，轴向拉应力逐渐减小。今年来在国内理论分析中该理论的“中性点”观点被普遍接受，但该理论形式还存在着一定的争议，因为它难以解释锚杆尾部的断裂机理，有人认为是该理论假设未设托盘之故。66.锚杆与锚索的主要区别与特点两者只是量的区别，不是质的区别，只是张拉介质不同。锚索的受拉件是钢绞线制作，锚杆是高强度精轧螺纹钢筋为主钢，通常锚索应用在大吨位锚固工程。锚索的受拉筋是用钢绞线制作，锚杆是用钢筋或钢管。通常锚索受力较大，还要加予应力，受力形式分锚固段和自由段，可以用作永久性锚固工程。锚索是锚杆的一种，土丁也是。在国内，一般情况下，锚索是需要施加预应力的，因此它是主动受力，多应用于已出现变形或对变形要求严格的工程部位；锚杆则一般不施加预应力（有时也会施加很小的预应力），因此它是被动受力，只有当被锚固岩土体发生一定变形时它才发挥锚固力。此外，锚索长度一般在2050米，锚杆则不到20米。在国际上，锚索只是锚杆的一种类型。67.锚杆支护作用原理1、悬吊作用，此理论认为将较软弱岩层悬吊在上部稳定岩层上，以增强较弱岩层稳定性。2、组合梁作用，此理论认为一方面锚杆的锚固力增加了各岩层的接触压力，避免各岩层见出现离层现象，另一方面增加了岩层的抗剪强度，阻止岩层间的水平错动。3、组合拱理论、此理论认为在弹性体上安装具有预应力的锚杆，能形成以锚头和紧固端为顶点的锥形压缩区，形成挤压加固拱。4、最大水平应力理论、此理论认为，矿井岩层的水平应力通常大于垂直应力，水平应力具有明显的方向性，最大水平应力一般为最小水平应力的1.52.5倍，因此锚杆锚杆起到约束离层和抑制岩层膨胀的作用。68.锚固支护设计方法 P19369.地下工程系统分析方法中的原理 70.岩体结构与构造效应 岩体结构，岩体内结构面和结构体的排列组合形式。岩体经受各种地质作用，形成具有不同特性的地质界面，称为结构面；结构面将岩体分割成形态不一、大小不等的岩块，称为结构体。效应P21 71.岩体结构效应的主要影响因素 P2172.地下工程失稳模式 P19 P2273.地下工程稳定性判别准则 P2274.地下工程设计考虑因素 P14675.地下工程稳定性可靠度分析方法(1)有限元法(2)DDA方法(3)离散单元法(4)块体单元法(5)FLAC(6)边界元法(7)块体-弹簧元分析法76.“先让后抗、先柔后刚”支护理念 P18677.刚性支护与柔性支护类型与特点一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可采用柔性支护；当周边环境要求高是，应采用刚性支护柔性支护易于变形，作用其上的变形压力变小；相同荷载作用下，柔性支护的内力比刚性支护的要小得多78. 被动支护与主动支护形式与特点支护系统完成后，立即对土壤施加压力以阻止其位移的，是主动支护支护系统完成后，并不立即对土壤施加压力，必须等待土壤变形产生位移之后才对土壤本身产生压力的，为被动支护79. 膨胀地压作用机理与控制技术 膨胀地压：作用在巷道支护结构上的压力包括散落在支护结构上的岩石产生的压力，另一部分是围岩由于开挖膨胀，作用在支护结构上的压力叫膨胀地压。通俗地解释，系统锚杆就是为保证地下洞室围岩、地面边坡、地基的稳定安全而采用的一种锚固措施，一般是全开挖面网格布设，系统锚杆有多种类型，用得较多是砂浆锚杆，即钻孔后安装螺纹钢筋再对钻孔灌浆，也有的是先灌浆再插钢筋的施工顺序，锚杆纵、横间距一般为1.52m，直径一般多在20mm以上，单根锚杆的抗拔力一般大于5t以上。系统锚杆一般与开挖面上的喷混凝土层同时采用，联合受力。 有时也可采用D25的中空注浆锚杆代替。80.散体地压特点与控制技术81.岩体完整性系数的定义 又称裂隙系数（fissure coefficient），为岩体与岩石的纵波速度之比的平方，用动力法可以测定完整性系数。根据岩体完整性系数对岩体完整程度进行分类，可分完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎五类。 82、岩石RQD定义(RQD)：岩石质量指标，是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法，由美国伊利诺斯大学提出和发展起来。该法是利用钻孔的修正岩芯采取率来评价岩石质量的优劣。即用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示。83、 悬吊支护理论要点悬吊理论认为锚杆支护的作用就是将巷道顶板较软弱岩层悬吊在上部稳固的岩层上。84、复合梁支护理论要点复合梁理论认为巷道顶板中存在着若干分层的层状顶板,可看作是由巷道两帮作为支点的一种梁,这种岩梁支承其上部的岩层载荷。85、压缩拱支护理论要点在拱形巷道围岩的破裂区中,安装预应力锚杆时,在杆体两端将形成圆锥形分布的压应力,如果沿巷道周边布置的锚杆间距足够小,各个锚杆的压应力维体相互交错,这样使巷道周围的岩层形成一种连续的组合带(拱)。86、地压类型与特点（1）松动压力：顶压大侧压小。（2）变性压力：大小既决定于原岩应力的大小和岩体的力学性质，也决定于支护结构的刚度和支护的时间。（3）膨胀压力：吸水膨胀体积增大产生的压力。（4）冲击压力：围岩积聚了大量的弹性变形能之后突然释放出来后所产生的压力87、散体地压的主要支护技术砌碹支护，锚杆支护，锚喷支护，锚网喷支护88、变形地压的控制技术锚索支护，金属拱形支架支护，料石支护，钢筋混凝土支护89、何为系统锚杆：系统锚杆就是为保证地下洞室围岩、地面边坡、地基的稳定安全而采用的一种锚固措施，一般是全开挖面网格布设90、散体地压与变形地压的区别：散体地压（也就是松动压力）是以重力形式直接作用在支护上的，而变形压力则是由于围岩变形受到支护的抑制产生的。思考题1. 地下工程与地面工程的主要特征与区别是什么？分析和设计方法技术难题是什么？P101)工程受力特点不同地面工程是先有结构，后有荷载。地面工程结构是经过工程施工，形成结构后，承受自重、风、雪以及其他静力或动力荷载。地下工程是先有荷载，后有结构。地下工程是处于自然状态下的岩土地质体内开挖的，在工程开挖之前就存在构造应力环境。2)工程材料特性的不确定性地面工程材料多为人工材料，这些材料虽然在力学与变形性质等方面也存在变异性，但是，与岩土体材料相比，不仅变异性要小得多，而且人们可以加以控制和改变。地下工程材料所涉及的材料，除了支护材料性质可控制外，其工程围岩均属于难以预测和控制的地质体。a)空间上的不确定性。对于地下工程围岩，不同位置围岩的地质条件（岩性、断层、节理、地下水条件、地应力等）都存在着差异。这就是地下工程地质条件和力学特性的空间变异性。b)时间上的不确定性。即使对于同一地点，在不同的历史时期，其地应力、力学特性等也会发生变化。3)工程荷载的不确定性对于地面结构，所受到的荷载比较明显。尽管某些荷载也存在随机性（如风荷载、雪荷载、地震荷载等），但是，其荷载量值和变异性与地下工程相比还是较小的。对于地下工程。工程围岩的地质体不仅会对支护结构产生荷载，同时它又是一种承载体。因此，不仅作用到支护结构上的荷载难以估计，而且，此荷载又是随着支护类型、支护时间与施工工艺的变化而变化。4)破坏模式的不确定性对于地面工程，其破坏模式一般较容易确定，在结构力学和土力学中已经了解诸如强度破坏、变形破坏、旋转失稳等破坏模式。对于地下工程，其破坏模式一般难以确定，它不仅取决于岩土体结构、地应力环境、地下水条件，而且还与支护结构、支护时间与施工工艺密切相关。5)地下工程信息的不完备性地下工程知识通过局部的有限工作面或露头获取，获取的信息是有限的、不充分的、且可能存在错误资料或信息。6)地下工程信息的模糊性技术难题：1)施工条件困难，存在较大的不确定因素2)地下工程没有阳光，潮湿闭塞。2. 现代支护与传统支护型式、设计方法的区别和核心技术是什么？ P101. 对围岩和围岩压力的认识。传统支护理论认为围岩压力由硐室塌落的围岩”松散岩石“造成的；现代支护理论认为围岩具有自承能力，围岩作用于支护上的压力不是松散压力，而是阻止围岩变形的形变压力，只有当围岩变形发展到极限值，才可能导致围岩松散，出现松散地压。2. 围岩与支护间的相互关系。传统支护理论把围岩和支护分开考虑，围岩当做荷载，支护作为承重结构，作为“荷载-结构“体系；而现代支护理论将围岩和支护作为一个统一体，二者组成”围岩-支护“体系共同参与工作，体现整体性原理。3. 支护功能和作用原理。传统支护是为了承受荷载，现代支护是为了及时稳定和加固围岩。4. 设计计算方法。传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，现代支护设计的作用荷载是岩体的地应力，围岩和支护共同承载。5. 支护形式和工艺。锚喷支护的施工方式简单，不许模板，无需回填，以保证围岩不产生有害松动和提高围岩自身承载能力为目的，进行及时加固围岩。3. 系统分析方法在地下工程中应用的指导思想与主要原理是什么？ P8指导思想：系统是由两个以上要素（部分、单元、环节）组成的整体，世界上的一切具体事物、现象、概念都构成系统。系统的各要素之间，要素和整体之间，以及整体与环境之间存在着一定的有机联系，从而在系统的内部和外部形成一定的结构和秩序。可以把环境看成是系统所从属的更大的系统。系统和要素的区别是相对的。系统取决于要素结构。每一个具体系统都是存在于有限的时间和空间上。如果采用系统观点来分析某一地下工程时，地下工程与所赋存的环境构成的系统就是一个开放系统，因为工程环境对地下工程的稳定和变形产生作用，而地下工程的变形也影响其环境。原理：整体性原理、相关性原理、有序性原理、动态性原理、分解综合原理、创造思维原理、验证性原理、反馈原理4.高填土涵洞的土压力为什么会出现大于土压力？应采取何种技术加以解决？回填土在自重作用下产生沉降，管顶填土（内土柱）与其两侧填土（外土柱）的沉降不同产生沉降差，管道除了承受顶部填土的自重外，还受由于外土柱沉降大于内土柱沉降而产生的向下的摩擦力，因而管顶垂直土压力大于土体本身的重力。（1）涵洞上填土压力的大小是高填土下涵洞结构物的合理设计控制指标,而填土压力的大小则是和填土沉降变形差有着十分密切的联系,因此,在公路路基高填土下涵洞结构的设计与施工中,对于不同地形地质条件下的涵洞结构物,都应从受力机理出发,调整结构物填土的沉降变形差,使涵洞结构受力科学合理。（2）高填方涵洞路堤，其地基处理在满足地基承载力要求的前提下，要尽可能的采取柔性地基处理方式，要保证整体在后期沉降过程中有一定的沉降量，促使中间沉降值大于两侧沉降值，这样就可以人为地使上部填土在沉降固结过程中形成土拱，从而