第章地下建筑结构的荷载

第2章地下建筑结构的荷载

本讲内容荷载种类和组合荷载确定方法岩土体压力的计算方法初始地应力、释放荷载与开挖效应弹性抗力其他荷载1234561.荷载种类和组合荷载种类按存在状态可分为：静荷载、动荷载和活荷载等

静荷载：又称恒载；动荷载：这是瞬时作用的动荷载活荷载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。其它荷载：混凝土材料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）受到约束而产生的内力；

1.荷载种类和组合荷载组合

各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结构各部件截面的内力，再进行最不利的内力组合，得出各设计控制截面的最大内力。最不利的荷载组合一般有以下几种情况：（一）静载；（二）静载+活载；（三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹动载）2.荷载的确定方法确定依据.1、依据规范：当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵守各有关规范。2.荷载的确定方法.2、设计标准（1）根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定。（2）地下建筑结构材料的选用（3）地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可按结构力学计算。（4）截面计算原则（5）安全系数 （6）材料强度指标3.计算理论计算原理.地下结构的计算理论较多地应用以文克尔假定为基础的局部变形理论以及以弹性理论为基础的共同变形理论。

地层对结构的弹性抗力限制了结构的变形，故改善了结构的受力情况。3.计算理论地下结构在主动荷载作用下会发生变形，而地层阻止这种变形发展，给结构一定的弹性抗力，如下图所示：拱形、圆形等有跨变结构的弹性抗力作用显著。而矩形结构的抗力作用较小，在软土中常忽略不计。

3.计算理论计算方法土层地下建筑结构的计算方法有：一般结构力学法，弹性地基梁法（见本书第3章），矩阵分析法，荷载――结构法，地层――结构法（见本书第4章）。近来发展用连续介质力学的有限单元法来计算结构与地层的内力，并进而考虑弹塑性、非线性、粘弹性的计算方法。

荷载的计算地下建筑结构上所承受的荷载有结构自重、地层压力、弹性抗力、地下静水压力、车辆和设备重量及其他使用荷载等。其中地层压力（包括土压力和围岩压力）是至关重要的荷载。墙体位移与土压力类型E静止土压力E0主动土压力Ea被动土压力Ep1.静止土压力的计算岩土体压力的计算

a---经验系数，砂土，粉土取1.0；黏性土、淤泥质土取0.95。￠‘－－－通过CU试验测定。岩土体压力的计算2.库伦土压力理论

库伦理论的基本假定库伦理论是由法国科学家库伦（Coulomb,C.A.）于1773年发表的，主要是针对挡土墙的计算，其计算的基本假定为（图2.4）①挡土墙墙后土体为均质各向同性的无粘性土；②挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题；③挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面为通过墙踵的平面；④墙顶处土体表面可以是水平面，也可以为倾斜面，倾斜面与水平面的夹角为β角；⑤在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件ACHB无粘性土的主动土压力WER－WRE-=90--、E2.库伦土压力理论

EEa－库仑主动土压力系数Ea土压力分布：三角形分布2.库伦土压力理论

ABCH无粘性土的被动土压力WRE+=90+-WER－库仑被动土压力系数2.库伦土压力理论

说明：1、根据库仑土压力理论，计算土压力的关键是如何确定主动土压力系数和被动土压力系数。2、3.朗肯土压力理论

1朗肯池极限牛平衡耗应力伙状态自重娇应力旦作用聪下，臂半无晕限土该体内杜各点纵的应诞力从猛弹性蚂平衡舞状态医发展卧为极熊限平侵衡状崖态的君情况非。3fv=承zK0v主动弯极限隶平衡梨应力帜状态s1s345+f/22.朗肯坏土压芹力理荐论1fv=zK0v被动极残限平衡衣应力状凑态s1s3s3s145-f/22.朗肯弯土压撇力理外论主动够土压锡力系挎数被动莲土压完力系乖数静止凶土压求力系监数2.朗肯耀土压枣力理偷论在库仑铺理论中逢：===煤0，即墙耍背垂直砖光滑，观填土表准面水平孙时，与军朗肯理略论等价1、分宾层土停的土他压力莫计算2、不同翅地面超辨载作用你下的土坐压力计其算与图贼式3、考虑戚地下粪水时费水土融压力隆计算水土压浊力合算怠（砂土掘，粉土乳）、水治土压力肝分算（蚕黏性土政）特殊情卵况下的献土压力f2<f1f2>f1分层土摊的土压斜力计算g2f2H1H2g1f1f1=f2时g2>g1g2<g1g1=g2时1填土上滤有荷载s145+f/2pa=3fv=z筑+qK0vzpa=s3q朗肯启土压献力理贯论地面央上有讽超载嘱时的拼土压境力计伏算局部园荷载——朗肯判理论地面锣上有碎超载董时的惑土压偏力计犁算名称指标应用不排水剪(快剪)cu、ucq、q软土地基快速施工固结不排水剪(固结快剪)ccu、cuccq、cq固结完成后受突然荷载固结排水剪(慢剪)cd、dcs、s地基透水性强施工较慢或正常运行期土的估抗剪呆强度事试验槐方法奖与指牧标问洽题三种三控轴试验就的结果件对比饱和粘薪土的固纵结排水夸剪（CD）的强肾度>固结不亮排水剪(C久U)强度>不固结俭不排水饰剪(UU恨)强度剪切喇破坏捐强度园是发情生剪鬼切变妈形破均坏时软的强亿度。围岩压改力的计堡算（一）话围岩压鲜力及其箩影响因足素1、围尸岩压威力的渗概念即所满谓由僵于洞起室围镜岩的梁变形晕和破漏坏而现作用厕在支梯护或封衬砌芳上的被压力的围岩训压力汽。围岩爪压力息可分惭为围岩垂甚直压力催、围岩煤水平压剩力及围虹岩底部亿压力。2、影忍响围农岩压排力的适因素影响微山岩填压力估的因尝素(1幕)洞室的辱形状和喘大小(2援)地质构常造(3绘)支护的级型式和惹刚度(4愁)洞室纯深度(5)时间(6)施工方凯法围岩块压力杠及其欧影响叙因素（二旦）围满岩压内力的避计算晒方法1、按松相散体理乱论计算梨围岩压态力1）垂芳直围壳岩压司力①即浅埋杰结构稠上的景垂直猜围岩绣压力②胳深埋愿结构贷上的监垂直长围岩告压力2）水哀平围蹄岩压麻力3）底部暂围岩压逗力2、按衬弹塑垫性体赢理论轰计算微围岩纷压力1、按途松散碑体理灾论计忆算围狡岩压亡力由于济岩体翻一般此总是已有一爱定的市裂隙凡节理循，又借由于灶洞室狂开挖伐施工沿的影腾响，效其围津岩不仰可能是是一光个非济常完猜整的招整体亚，而亭松散逗体理队论中娇假定但岩石爪为散蛇粒体拍，并蚊具有率一定截的凝挥聚力欠，所敢以用双这一委理论躁计算懒松动华围岩住压力豪有时忌也可掏以得兽到较释好的谷效果络。①浅烈埋结构湿上的垂洪直围岩削压力作用般在地盼下结规构上翠的围繁岩压税力为承岩石板柱重豆量与糖两侧叔所提说供摩吧擦力梯之差渔。从朝洞室嗽底面坐的两叫端起问可能己形成雄伸延矛到地肝面的闪倾斜降破裂办面，誉见下制图中驰的AB和CD。从上式启可以看袭出随着砖深度的穿增加，央围岩压叫力逐渐岂减小，谈这与实器际不符苏。该式伟仅适晴用于腰浅埋靠结构传。随着栗深度灰的增羽加，万两侧缓摩阻佳力超祥过了疲滑移你柱的破重量安。只有AE蚕B以下岩津体重量鹿对结构纯产生压旺力，又乞称为压力夺拱压力拱黑能够自革然稳定嘉平衡，猛其上任左何一点与均无力超矩。只要男确定采压力傍拱的旁形状较及高略度就涉可以秆确定外出围促岩压呼力q=γh1②深妙埋结构辩上的垂坝直围岩窃压力2）水棋平围腔岩压词力3）底允部围铜岩压云力1、按松站散体理影论计算臂围岩压牺力只是对纸较松软幻玉的岩石柱才考虑计算润时先欢求出狗垂直纪围岩妥压力熄的集哭度，而后并乘以欢侧压鹅力系饿数Ka(主动土扬压力)通常不伟计算2、按那弹塑胞性体盾理论讽计算圾围岩择压力从理论k讲，挑弹塑转性理张论比简前面眠的理等论要予严密疲些，僵但是湿弹塑谜性理滋论的补数学咱运算室较复葬杂，遵公式三也较纯繁。在r=滩R的可煌变范君围内默出现廊了塑猜性区立。这就是般著名的至修正了屯的芬诺公紧式。它表示总当岩体宝性质、伶埋深等吉确定的丧情况下扩，非弹墓性变形古区大小街与支护叔对围岩较提供的副反力间酿的关系在弹性蚁区和塑自性区的获交界处馆分别满储足弹性引解和塑扁性解，据此推而导出围兼岩压力胡的计算丝式公式2、按麻弹塑钻性体稻理论嚷计算克围岩今压力3、按垒围岩痛分级机和经锄验公息式确苗定围番岩压添力初始地摄应力、组释放荷裙载与开婶挖效应初始挣地应破力一莲般包访括自驰重应凤力场洪和构园造应指力场纲，但爬土层洪中仅或有自尺重应葬力场擦存在挣，岩盖层中帆对于Ⅳ级以扁下围裳岩，幕喷射彼混凝租土层饼将在睬同围贸岩共赔同变装形的堆过程内中对挽围岩陶提供腥支护料抗力竞，使勾围岩涨变形误得到热控制卡，从显而使麻围岩悠保持晃稳定扰。与蛙此同咸时，达喷层含将受躬到来忠自围奏岩的娱挤压燥力。葵这种槽挤压馒力由市围岩仙变形躁引起愤，常勉称作添“形解变压陆力”秀。时间效环应：Ⅳ级以脚下围快岩一锁般呈诊现塑牧性和堵流变钞特性1、初始寨地应武力的抄确定初始地天应力{0}的确少定常省需专歌门研曾究。价对岩承石地稳层，挪初始撞地应遭力可芳分为缘瑞自重践地应厉力和虾构造贷地应昨力两短部分,而土住层一原般仅掀有自卡重地粥应力出。其务中自坊重地持应力妥可由溪有限驾元法尺求得真，构足造地槐应力汪可由盟位移刺反分般析方座法确口定。2、释放荷蛙载的计示算释放漠荷载咬：可臂由已钉知初胡始地哭应力吗或与色前一巨步开坚挖相芬应的啊应力姥场确颗定。利先求巷得预面计开策挖边妻界上胞各结孕点的梅应力住，并话假定劳各结澡点间僚应力柳呈线笋性分神布，啄然后椅反转接开挖结边界撑上各普结点喷应力吹的方链向(改变其线符号)，据以裤求得释配放荷载地层棚弹性肢抗力结构在爽主动荷福载作用债下，要虑产生变柴形。以黄隧道工闻程为例