初始地应力、释放荷载与开挖效应.pptVIP

2 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 1 2 3 4 5 6 1. 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。是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载，如结构自重、岩土体压力和地下水压力等 ； 动荷载：要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载，这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计时，应计算地震波作用下的动荷载作用 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，如地下建筑物内部的楼地面荷载（人群物件和设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。地面附近的堆积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程中的临时性荷载 其它荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中，除有以上主要荷载的作用外，通常还有：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 按存在状态可分为：静荷载、动荷载和活荷载等 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、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。考虑抗爆动载时，允许考虑由塑性变形引起的内力重分布。 （4）截面计算原则 （5）安全系数 （6）材料强度指标 静止土压力的计算 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 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、 围岩压力的计算 （一）围岩压力及其影响因素 1、围岩压力的概念 洞室开挖之前，地层中的岩体处于复杂的原始应力平衡状态。洞室开挖之后，围岩中的原始应力平衡状态遭到破坏，应力重新分布，从而使围岩产生变形。当变形发展到岩体极限变形时，岩体就产生破坏。如在围岩发生变形时及时进行衬砌或围护，阻止围岩继续变形，防止围岩塌落，则围岩对衬砌结构就要产生压力，即所谓的围岩压力 。 围岩压力可分为围岩垂直压力、围岩水平压力及围岩底部压力 。 2、影响围岩压力的因素 影响围岩压力的因素很多，主要与岩体的结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸与形状、支护的类型和刚度、施工方法、洞室的埋置深度和支护时间等因素相关。其中，岩体稳定性的关键一般在于岩体结构面的类型和特征。 （二）围岩压力的计算方法 1、按松散体理论计算围岩压力 1）垂直围岩压力 ① 浅埋结构上的垂直围岩压力 ②深埋结构上的垂直围岩压力 2）水平围岩压力 3）底部围岩压力 2、按弹塑性体理论计算围岩压力 这就是著名的修正了的芬诺公式。它表示当岩体性质、埋深等确定的情况下，非弹性变形区大小与支护对围岩提供的反力间的关系 3、按围岩分级和经验公式确定围岩压力 初始地应力、释放荷载与开挖效应 初始地应力一般包括自重应力场和构造应力场，但土层中仅有自重应力场存在，岩层中对于Ⅳ级以下围岩，喷射混凝土层将在同围岩共同变形的过程中对围岩提供支护抗力，使围岩变形得到控制，从而使围岩保持稳定。与此同时，喷层将受到来自围岩的挤压力。这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”。 时间效应：Ⅳ级以下围岩一般呈现塑性和流变特性 释放荷载：可由已知初始地应力或与前一步开挖相应的应力场确定。先求得预计开挖边界上各结点的应力，并假定各结点间应力呈线性分布，然后反转开挖边界