复习题库设计部分山岭.doc

1、隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。纵断面设计主要包括隧道内线路的坡道形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的衔接等内容。2、隧道处于岩层之中，除了地质有变化以外，线路走向不受任何限制，不必采用复杂多变的坡道形式。隧道设计中一般采用的坡道形式有单面坡和人字坡。3、铁路隧道对于行车来说线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，只好随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。请问隧道设计中允许采用的最大坡度与哪些因素有关，并给出计算公式。答：与线路等级规定的限制最大坡度、曲线阻力折算的坡度当量、隧道内线路的坡度折减系数有关。计算式为：式中：m为隧道内线路的坡度折减系数；为按照线路等级规定的限制最大坡度；为曲线阻力折算的坡度当量。4、隧道纵断面的设计中，除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡度，因为隧道内的水全靠排水沟向外排出。铁路隧道设计规范（TB10003-2005）规定，隧道内线路不得设置平坡，最小的允许坡度不宜小于3。5、隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓所包围的空间。铁路隧道净空是根据“隧道建筑限界”确定的，而“隧道建筑限界”是根据“基本建筑限界”制定的，“基本建筑限界”又是根据“机车车辆限界”制定的。6、高速铁路隧道净空有效面积，即隧道衬砌内轮廓内轨顶面以上的净空断面积，是综合考虑隧道建筑限界、线间距、隧道设备空间、列车空气动力学效应、运营养护需要等因素确定的。7、公路隧道的净空除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需要的空间以及富余量和施工允许误差等。8、隧道的构造、形状和尺寸因其用途、地形、地质、施工和结构性能等条件的差异而不同。根据构筑方式的不同，可以把隧道结构分成以下五种：喷锚衬砌、模筑混凝土衬砌、预制拼装衬砌、挤压混凝土衬砌和复合衬砌。9、简述复合衬砌的构造。答|、复合衬砌由三部分组成，分期构筑而成：紧贴岩面外层为喷射混凝土支护，可含锚杆、金属网、钢架等，称为初期支护；内层为现浇的模筑混凝土衬砌，称为二次衬砌；两者之间设置防水层，可含土工布、防水板、排水盲管等。10、根据隧道围岩与支护结构相互作用的机理，理想的支护结构应满足怎样的基本要求？答：（1）必须能与围岩全面牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作；（2）要允许围岩产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的依赖，使两者更加协调的工作。（3）要能及时施作、易于操作并且能够分期施工，使早期支护和后期支护相互配合，“主动”控制围岩的变形。（4）当分步开挖时，支护结构要分步自成结构。保持每一步都使开挖凌空面处于稳定的可控状态。11、简述隧道洞门的作用。答：1）减小洞口土石方开挖量；2）稳定边、仰坡；3）引离地表水流；4）装饰洞口。12、明洞一般修筑在隧道的进出口处，当遇到地质差且洞顶覆盖层较薄，用暗挖法难以进洞时，或洞口路堑边坡上有落石而危及行车安全时，均需要修建明洞。 明洞的结构类型常因地形、地质和危害程度不同，有多种形式，采用最多的为拱式明洞和棚式明洞两种。 13、公路隧道附属建筑物包括：人行及车行横通道、紧急停车带、通风设施、内装修等。14、紧急停车带是为故障车辆离开干道进行避让，以免发生交通事故，引起混乱，影响通行能力而专供紧急停车使用的停车位置。紧急停车带的有效长度，应满足停放车辆进入所需的长度，一般全挂车可以进入需要20m，最低值为15m，宽度一般为3m。15、在山岭地区修建的公路隧道，其运营通风大部分采用纵向式通风，即从一个洞口直接引进新鲜空气，由另一洞口把污染空气排出的方式，与自然通风的原理是相同的。16、高速列车进入隧道，影响瞬变压力的因素包括列车速度、列车长度、车型、列车横截面积、列车表面摩擦系数以及隧道净空有效面积、隧道长度、隧道壁面摩擦系数等。在这些影响因素中，列车速度和阻塞比是具有最大影响的因素。17、高速铁路列车的密封程度可用密封指数表示，当密封程度较好时（如ICE1，TGV），此时的密封指数的取值范围为6s10s。18、对于深埋隧道，开挖后地层变形没有波及地表，可能形成天然拱，可以把主动地层压力的计算归结为确定天然拱的形状和范围。常用的地层压力计算方法有三种：一是以统计法得到的经验公式计算方法，是我国铁路隧道设计规范（TB10003-2005）推荐的方法；二是普氏理论计算方法；三是太沙基理论计算方法。19、一般来说，对于埋深较浅的铁路隧道的洞口地段，开挖会引起整个上覆地层的变位，如果不及时支护，地层就会大量地坍落和变形，波及地表形成一个沉陷区。如图所示，按平衡条件可得：松动地层压力=支护结构反力=滑动地层的重力 滑面上的摩擦阻力。20、应用结构力学方法对隧道结构进行计算时，常用的计算模型有：主动荷载模型、假定弹性反力模型、计算弹性反力模型。21、在隧道结构的荷载结构模式分析中，如采用有限元数值计算方法，请简述计算模型的建立过程。并针对拱形隧道结构，画出计算简图。答：（1）结构体系的理想化对隧道结构进行理想化，是指将地下结构看成有限个单元的组合体，单元和单元之间通过节点连接，作用在结构上的外荷载和内力只能通过节点力进行传递，节点位移来代替整个结构的变形状态。 支护结构理想化初期支护可离散为杆单元，二次衬砌可离散为梁单元；对于地下支护结构来，弯矩和轴力是主要因素，将地下支护结构离散化为折线形组合体；隧道支护结构单元的力学性质荷载和位移的关系是小变形的，并符合虎克定律。 围岩的理想化 将连续围岩离散为独立岩柱，纵向计算宽度取单位长度；另一个边长是两个相邻的衬砌单元的长度和之半。用弹性支承代替岩柱，并以铰接的方式作用在衬砌单元的节点上，只承受轴力，弹簧服从局部变形假定（即温克尔假定）。（2）外荷载理想化隧道结构的外荷载，除了自重外，主要是围岩的压力。外荷载理想化是将作用在单元中间的荷载，根据虚功原理置换成作用在单元节点上的荷载，外荷载和内力都通过节点进行传递。（3）边界条件边界条件就是通常所说的结构支承方式。由于拱形支护结构的底面存在着摩擦力，因此用一刚性链杆加以约束。模拟围岩的弹簧一端与结构上的节点铰接，另一端的弹簧底座是固定不动的。22、有一个等截面直梁，分成3个单元，受荷载情况及节点编号如图所示，三个单元的长度相等。单元在节点1的等效节点荷载为，在节点2的等效节点荷载为；单元在节点2的等效节点荷载为，在节点3的等效节点荷载为；单元在节点3的等效节点荷载为，在节点4的等效节点荷载为，则结构的等效荷载列阵为：23、新奥法即奥地利隧道施工新方法（NATM），是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法，它是在喷锚支护技术的基础上由奥地利学者拉布塞维奇首先提出的。24、在复合式衬砌设计中，二次衬砌的作用是什么？答：二次衬砌的作用因不同的围岩级别而异： （1）对于I级稳定硬质围岩，因围岩和初期支护的变形很小，且很快趋于稳定，故二次衬砌不承受围岩压力，其主要作用是防水、利于通风和修饰面层； （2）对于II级基本稳定的硬质围岩，虽然围岩和初期支护变形小，二次衬砌承受不大的围岩压力，但考虑洞室运营后锚杆钢筋锈蚀、围岩松弛区逐渐压密，初期支护质量不稳定等原因，故施作二次衬砌以提高支护衬砌的安全度； （3）对于IIIV级围岩，由于岩体流变、膨胀压力、地下水等作用，或由于浅埋、偏压及施工等原因，围岩变形未趋于基本稳定而提前施作二次衬砌，此时，二次衬砌主要承受较大的后期围岩形变压力。25、高速铁路隧道洞口景观设计应遵循实用性、经济性、美观性的基本原则。26、为减小高速列车进入隧道产生的空气动力学效应对洞口周围环境的影响，在隧道入口处需设置缓冲结构。请问设置的缓冲结构有哪几种型式，并说明在哪些国家和地区有应用。答：（1）在原有洞口处加设缓冲棚，如日本； （2）在正切洞门的基础上加设帽檐形成类似喇叭口形入口，如德国和韩国； （3）对隧道洞口缓冲段采取有顶面开口的扩大断面正切形式，如中国台湾。27、传统墙式洞门的稳定性计算包括抗倾覆、抗水平滑动以及抗洞门基础沉陷三项。28、支护结构的特征曲线是指作用在支护上的荷载与支护变形的关系曲线，支护结构所能提供的支护阻力随着支护结构刚度增大而增大；支护结构的刚度和支护与围岩的接触状态有关。29、特征曲线法的基本原理是利用围岩特征曲线和支护结构特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件。支护结构特征曲线与围岩特征曲线交点处的横坐标为形成平衡体系时洞周发生的位移；交点纵坐标以下的部分为支护结构上承受的荷载，以上部分由围岩来承担。30、如图为特征曲线设计法的图解，表示锚杆支护曲线，、表示喷混凝土支护曲线，表示组合结构支护曲线，请对、曲线的支护特征加以阐述。31、20世纪70年代末，以董方庭教授为首的课题组，提出了围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀力）是支护的对象，并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈；在国内外首先提出了“围岩松动圈支护理论”。其主要包括三部分：围岩松动圈支护理论、围岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术。32、围岩松动圈是围岩应力超过岩体强度之后而在洞室周边形成的破裂带，其物理状态表现为破裂缝的增加及岩体应力水平的降低。松动圈测试就是检测隧道开挖后新的破坏裂缝及其分布范围，围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的界面位置就是松动圈的边界。围岩松动圈的测试技术主要有：超声波测井探测法及地质雷达法。 33、在单层衬砌设计过程中分两阶段进行设计：即施工前的预设计和施工过程中的修正设计。在预设计阶段，先根据岩体强度应力比对围岩进行总体分级，确定围岩分级所采用的理论，结合工程岩体分级标准（GB50218-94）的规定，当Gn4时，岩体基本上没有达到屈服强度，此时岩体的稳定主要由岩体的节理、裂隙等确定，可采用块体理论进行设计；当Gn4时，岩体达到屈服强度进入峰后状态，可近似认为是均匀介质，采用连续介质理论进行分析，可根据实测的围岩物理力学指标，通过计算岩体的屈服接近度进行分级。34、在单层衬砌设计过程中分两阶段进行设计：即施工前的预设计和施工过程中的修正设计。在施工阶段，因围岩松动圈的大小是岩体强度、地应力、岩体性质以及洞室跨度等因素的综合体现，反映了隧道洞室围岩的整体稳定状态；同时围岩松动圈很容易通过现代的探测技术测得，所以在施工阶段可通过松动圈大小的测试，对围岩进行分级，修正与预设计中不相符的内容。35、隧道结构设计中，在计算出衬砌结构内力后，需进一步检算衬砌截面强度是否满足要求。衬砌结构内力的检算，铁路隧道设计规范（TB10003-2005）给出两种计算方法：概率极限状态法与破损阶段法。36、公路隧道运营通风分自然通风与机械通风两种方式。对于机械通风又可分为纵向式通风，横向式通风，半横向式通风以及组合式通风。37、如图所示，在通风机的作用下，使风流沿着隧道全长方向（不设任何风道）流动的通风方式，叫做纵向式通风。38、公路隧道照明设置一般分为五个区段：接近段、入口段、过渡段、中间段以及出口段。请问接近段的减光建筑与减光措施有哪些？答：（1）减光建筑：遮阳棚、遮光格栅；（2）减光措施： 1）在路基两侧种植常青树； 2）采用削竹式洞门形式； 3）大幅坡面绿化； 4）采用冷色调，反射率应小于0.17。39、在高速公路上运行时，刚进入隧道由于白天隧道外的亮度相对于隧道内的高很多，如果隧道足够长，驾驶员看到的是黑乎乎的一个洞，这就是“黑洞”现象；如果隧道很短的话，在驾驶员面前就出一个“黑框”。 40、简述高速铁路隧道防灾救援设计的基本原则。答：高速铁路隧道防灾救援设计基本原则