(4.3.1)--4-3 地层-结构法地下建筑结构.ppt

地下建筑结构

第4章地下建筑结构的计算方法

知识3地层-结构法

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报定义地层结构法把地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按照连续介质力学原理来计算地下建筑结构以及周围地层的变形；不仅计算出衬砌结构的内力及变形，而且计算周围地层的应力，充分体现周围地层与地下建筑结构的相互作用。4.3地层-结构法

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报地层结构法相对荷载结构法，充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。因此，在今后的研究和发展中地层结构法将得到广泛应用和发展。地层结构法主要包括如下几部分内容：地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。4.3地层-结构法

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报地层结构法的设计原理，是将衬砌和地层视为整体共同受力的统一体系，在满足变形协调的前提下分别计算衬砌与地层的内力，据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计。目前地层结构法以有限元法为主，适用于设计构筑在软岩或较稳定的地层内的地下建筑物。4.3.1设计原理

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（一）初始自重应力（1）有限元法用有限元法计算初始自重应力，将计算结果转化为等效节点荷载。（2）给定水平侧压力系数法4.3.2计算初始地应力（4-10）（4-11）

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（二）构造地应力构造地应力可假设为均布或线性分布应力。假设主应力作用方向保持不变，则二维平面应变的普遍表达式为（三）初始地应力自重地应力+构造地应力，叠加4.3.2计算初始地应力（4-12）

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报4.3.3本构模型（一）岩土单元（1）弹性模型对于平面应变问题，横观各向同性弹性体的应力增量可表示为：各向同性弹性体的应力增量可表示为：

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报4.3.3本构模型?

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本科教学工作水平评估情况汇报4.3.3本构模型（一）岩土单元（3）弹塑性模型②弹塑性矩阵岩石进入塑性状态后，其弹塑性应力-应变关系的增量表达式为：③弹塑性分析的计算过程增量时步加载过程中，部分岩土体进入塑性状态后，由材料屈服引起的塑性应变以初应变的形式被转移，并由整个体系中的所有单元共同承担。每一时步中，各单元与塑性应变相应的初应变均以等效节点力的形式起作用，并处理为再次计算时的节点附加荷载，据以迭代运算，直到最终计算时间，并满足给定的精度要求。?(4-23)

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报4.3.3本构模型?

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（二）梁单元（三）杆单元（四）接触面单元接触面采用无厚度节理单元模拟。接触面材料的应力-应变关系一般为非线性关系，并常处于塑性受力状态。4.3.3本构模型

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报4.3.4单元模式?

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报4.3.4单元模式（三）四边形单元对四节点等参单元，设节点位移为{δ}=[u1,v1,u2,v2,u3,v3,u4,v4]T时，位移模式可由双线性插值函数给出，形式为式中N为插值函数

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（一）一般表达式开挖过程的模拟一般通过在开挖边界上施加释放荷载实现。将一个相对完整的施工阶段称为施工步，并设每个施工步包含若干增量步，则与该施工步相应的开挖释放荷载可在所包含的增量步中逐步释放，以便较真实地模拟施工过程。具体计算中，每个增量步的荷载释放量可由释放系数控制。对各施工阶段的状态，有限元分析的表达式为：4.3.3施工过程的模拟

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（二）开挖工序的模拟开挖效应可通过在开挖边界上设置释放荷载，并将其转化为等效节点力模拟。表达式为：开挖释放荷载可采用单元应力法或Mana法计算。（三）填筑工序的模拟填筑效应包括两个部分，即整体刚度的增加和新增单元自重荷载的增加，其计算表达式为：4.3.3施工过程的模拟

本科教学工作水平评估情况汇报本科教学工作水平评估情况汇报（四）结构的施作与拆除结构施作效应体现为整体刚度的增加和新增结构的自重对系统的影响，其计算式为：结构拆除效应包括整体刚度的减小和支撑内力释放的影响，其中支撑内