地下建筑空间结构设计理论与方法分析课件

地下建筑规划与设计地下建筑规划与设计 主讲人：陈海明主讲人：陈海明 博士博士6/16/20241地下建筑规划与设计 主讲人：陈海明 博士安徽理工大学土木第第8章章 地下空间结构设计地下空间结构设计理论与方法理论与方法6/16/20242第8章 地下空间结构设计理论与方法8/9/20232提提 纲纲8.1 地下结构分类地下结构分类8.2 地下结构荷载地下结构荷载8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计6/16/20243提 纲8.1 地下结构分类8/9/20233第第8章章 地下空间结构设计地下空间结构设计理论与方法理论与方法?8.1 地下结构分类地下结构分类 8.2 地下结构荷载地下结构荷载 8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法 8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计6/16/20244第8章 地下空间结构设计理论与方法8.1 地下结构分类8.1 地下结构分类地下结构分类8.1.1 按按结构构形状形状划分划分地地下下空空间结构构可可按按结构构形形状状划划分分为矩矩形形框框架架结构构、圆形形结构构、拱与直拱与直墙拱拱结构构、薄壳薄壳结构构、敞开式敞开式结构构等。等。6/16/202458.1 地下结构分类8.1.1 按结构形状划分8/9/2028.1.2 按土质状况划分按土质状况划分地地下下空空间的的结构构按按土土质状状况况可可分分为土土层与与岩岩层地地下下空空间结构。构。土土层结构构即即指指在在土土壤壤中中挖挖掘掘的的结构构，岩岩层结构构指指在在岩岩石石中中挖挖掘掘的的结构构。这里里不不含含水水中中结构构，水水中中结构构与与岩岩土土中中结构构又又有有较大大差差别，水水中中结构构包包括括江江河河湖湖海海内内的的水水下下结构构，但但包包含含水水底底岩岩土土中中的的结构构。岩岩石石结构构中中又又分分为喷锚结构构、半半衬砌砌结构构和和厚厚拱拱薄薄墙结构等。构等。6/16/202468.1.2 按土质状况划分地下空间的结构按土质状况可分为土层8.1.3 按施工方法划分按施工方法划分地下空地下空间的的结构按构按施工方法施工方法可划分可划分为以下几种以下几种类型：型：1.敞敞开开式式是是指指直直接接在在地地面面开开挖挖所所建建造造的的地地下下空空间建建筑筑基基坑坑，在在其其坑坑内内建建造造完完工工程程后后将将土土回回填填的的一一种种方方法法，基基坑坑边坡坡可可采采用用放放坡坡、直立或支撑的形式而防止土的塌落。直立或支撑的形式而防止土的塌落。2.暗暗挖挖式式常常用用于于在在土土中中埋埋深深较大大的的情情况况下下，通通过竖井井在在土土中中进行行挖掘空挖掘空间而建造的而建造的结构，此种方式又称构，此种方式又称为矿山法山法。3.盾盾构构式式是是在在地地下下采采用用隧隧道道掘掘进机机进行行施施工工的的一一种种方方法法，常常用用圆形形，顶管管工工具具头也也属属盾盾构构范范畴畴。其其特特点点是是可可穿穿越越海海底底、水水底底等等地下修建隧道，地下修建隧道，隐蔽、自蔽、自动化与机械化程度高，化与机械化程度高，劳动强强度低。度低。6/16/202478.1.3 按施工方法划分地下空间的结构按施工方法可划分为以8.1.3 按施工方法划分按施工方法划分4.沉沉井井式式是是在在地地面面预先先建建造造好好结构构，然然后后通通过在在井井内内不不断断挖挖土土使使结构构借借助助自自重重克克服服土土摩摩阻阻力力不不断断下下沉沉至至设计标高高的的一一种种方方法法，常常用用于于桥梁梁墩墩台台、大大型型设备基基础、地地下下仓（油油）库、地地下下车站及国防工事等地下工程的建筑施工。站及国防工事等地下工程的建筑施工。5.连续墙式式是是指指在在施施工工时先先分分段段建建造造两两条条连续墙，然然后后在在中中间挖挖土土并并由由底底至至上上建建造造底底板板、楼楼板板、顶板板及及内内部部结构构的的一一种种施施工方法。工方法。6.沉沉箱箱（管管）式式是是指指将将预制制好好的的结构构运运至至预定定位位置置，并并使使之之下下沉到沉到设计标高的施工方法。高的施工方法。6/16/202488.1.3 按施工方法划分沉井式是在地面预先建造好结构，然后8.1.3 按施工方法划分按施工方法划分7.逆逆作作式式是是在在地地下下工工程程施施工工时不不设支支护体体系系，以以结构构构构件件作作挡墙及及支支撑撑，由由柱柱墙、顶板板、楼楼板板、基基础自自上上而而下下依依次次开开挖挖和和施施工工的的一一种种方方法法，其其特特点点是是施施工工作作业面面小小，可可尽尽快快恢恢复复地地面面交交通通，对周周围环境影响小，常境影响小，常为矩形矩形结构。构。8.顶管管（箱箱）式式是是在在起起点点和和终点点设置置工工作作井井（常常采采用用沉沉井井），在在工工作作井井壁壁设有有孔孔作作为预制制管管节的的进口口与与出出口口，通通过千千斤斤顶将将预制制管管节按按设计轴线逐逐节顶入入土土中中，对于于较长距距离离的的情情况况，顶管管常常分分段段进行，行，该方法在城市中不影响交通及附近地面方法在城市中不影响交通及附近地面设施。施。由由于于施施工工方方法法对结构构的的影影响响较大大，常常需需要要进行行施施工工阶段段与与使使用用阶段的段的结构分析与构分析与设计。6/16/202498.1.3 按施工方法划分逆作式是在地下工程施工时不设支护体8.1.4 按与地面建筑的关系划分按与地面建筑的关系划分城城市市建建设中中大大部部分分地地面面建建筑筑带有有地地下下建建筑筑，这种种地地面面地地下下相相连的的地地下下建建筑筑称称为附附建建式式（地地下下室室）结构构，反之称，反之称为单建式建式结构构。目目前前，我我国国建建设的的多多层建建筑筑大大多多建建有有地地下下室室，高高层建筑建筑则必必须建有地下建筑。建有地下建筑。6/16/2024108.1.4 按与地面建筑的关系划分城市建设中大部分地面建筑带8.1.5 按埋深划分按埋深划分根根据据地地下下空空间结构构在在土土中中的的埋埋深深分分为浅浅埋埋与与深深埋埋地地下下结构构。深深浅浅的的定定义较为模模糊糊，较为不不严格格的的概概念念认为，地地下下空空间开开发深深度度分分为浅浅层（10m）、次次浅浅层（1030m）、次次深深层（3050m）、深深层（50m）。深深埋埋与与浅浅埋埋的的界界限限是是十十分分必必要要的的，但但我我国国目目前前还没没有有统一的划分方法。一的划分方法。6/16/2024118.1.5 按埋深划分根据地下空间结构在土中的埋深分为浅埋与第第8章章 地下空间结构设计地下空间结构设计理论与方法理论与方法 8.1 地下结构分类地下结构分类?8.2 地下结构荷载地下结构荷载 8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法 8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计6/16/202412第8章 地下空间结构设计理论与方法 8.1 地下8.2 地下结构荷载地下结构荷载8.2.1 地下地下结构荷构荷载的分的分类及其及其组合合地地下下结构构所所承承受受的的荷荷载，按按其其作作用用特特点点及及使使用用中中可可能能出出现的的情情况况分分为以以下下三三类，即即永永久久（主主要要）荷荷载、可可变（附附加加）荷荷载和偶然（特殊）荷和偶然（特殊）荷载。1.永久（主要）荷永久（主要）荷载2.也也称称为长期期作作用用恒恒载，主主要要包包括括结构构自自重重、回回填填土土层重重量量、围岩岩压力力、弹性性抗抗力力、静静水水压力力（含含浮浮力力）、混混凝凝土土收收缩和和徐徐变影影响响力力、预加加应力力及及设备自自重重等等。围岩岩压力力和和结构构自自重重是是衬砌砌承承受的主要静荷受的主要静荷载，弹性抗力是地下性抗力是地下结构所特有的一种被构所特有的一种被动荷荷载。6/16/2024138.2 地下结构荷载8.2.1 地下结构荷载的分类及其组合88.2.1 地下结构荷载的分类及其组合地下结构荷载的分类及其组合2.可可变（附加）荷（附加）荷载3.又又分分为基基本本可可变荷荷载和和其其他他可可变荷荷载两两类。基基本本可可变荷荷载，即即长期期的的、经常常作作用用的的变化化荷荷载，如如吊吊车荷荷载，设备重重量量，地地下下储油油库的的油油压力力，车辆、人人群群荷荷载等等。其其他他可可变荷荷载，即即非非经常常作作用用的的变化化荷荷载，如如温温度度变化化、施施工工荷荷载（施施工机具，盾构千斤工机具，盾构千斤顶推力，注推力，注浆压力）等。力）等。3.偶偶然然（特特殊殊）荷荷载指指偶偶然然发生生的的荷荷载，如如地地震震力力或或战时发生的武器爆炸冲生的武器爆炸冲击动荷荷载。6/16/2024148.2.1 地下结构荷载的分类及其组合可变（附加）荷载8/98.2.1 地下结构荷载的分类及其组合地下结构荷载的分类及其组合对于于一一个个特特定定的的地地下下结构构，上上述述几几种种荷荷载不不一一定定同同时存存在在，设计中中应根据荷根据荷载实际可能出可能出现的情况的情况进行行组合。合。所所谓荷荷载组合合，是是指指将将可可能能同同时出出现在在地地下下结构构上上的的荷荷载进行行编组，取取其其最最不不利利组合合作作为设计荷荷载，以以最最危危险截截面中最大内力面中最大内力值作作为设计依据依据。我我国国公公路路和和铁路路隧隧道道设计规范范中中给出出的的永永久久、可可变及及偶偶然然荷荷载参参见表表8.1和表和表8.2。6/16/2024158.2.1 地下结构荷载的分类及其组合对于一个特定的地下结构8.2.2 围岩压力分类围岩压力分类8.2.2.1 围岩岩压力及其影响因素力及其影响因素6/16/2024168.2.2 围岩压力分类8.2.2.1 围岩压力及其影响因素8.2.2.1 围岩压力及其影响因素围岩压力及其影响因素1.围岩岩压力的概念力的概念围岩岩压力力是是指指引引起起地地下下开开挖挖空空间周周围岩岩体体和和支支护变形形、破破坏坏的的作作用用力力，它它包包括括由由地地应力力（即即原原岩岩应力力）引引起起的的围岩岩应力力以以及及围岩岩变形形受受阻阻而而作作用用在在支支护结构构上上的的总作作用用力力。围岩岩压力力也也称称为地地压。由由围岩岩压力力引引起起的的围岩岩与与支支护的的变形形、流流动和和破破坏坏等等现象象称称为围岩岩压力力显现或或地地压显现。从从广广义上上理理解解，围岩岩压力力既既包包括括围岩岩有有支支护情情况况，也也包包括括无无支支护情情况况；既既包包括括在在普普通通的的传统支支护上上所所显示示的的性性态，也也包包括括在在锚喷和和压力力注注浆等等现代代支支护方方法法中中所所显示示的的性性态。从从狭狭义上上理理解解，围岩岩压力是指力是指围岩作用在岩作用在衬砌上的砌上的压力。力。6/16/2024178.2.2.1 围岩压力及其影响因素围岩压力的概念8/9/28.2.2.1 围岩压力及其影响因素围岩压力及其影响因素1.围岩岩压力的概念力的概念由由于于围岩岩压力力是是围岩岩的的变形形或或破破坏坏造造成成的的，其其大大小小和和分分布布与与导致致围岩岩变形形或或破破坏坏的的诸多多因因素素有有关关。事事实上上，围岩岩压力力和和支支护结构构本本来来是是一一对相相互互作作用用和和动态协调变化化的的“作作用用体体”，完完全全用用结构构工工程程中中的的压力力或或荷荷载概概念念来来理理解解，是是不不尽尽合合理理的的。但但是是，为了了采采用用结构构力力学学方方法法进行行地地下下结构构设计，仍仍要要明明确确“压力力”或或“荷荷载”的概念，否的概念，否则将无法将无法进行行计算。算。6/16/2024188.2.2.1 围岩压力及其影响因素围岩压力的概念8/9/28.2.2.1 围岩压力及其影响因素围岩压力及其影响因素2.影响影响围岩岩压力的因素力的因素3.影影响响围岩岩压力力的的因因素素基基本本上上与与围岩岩分分类因因素素大大致致相相同同，如如岩岩体体结构构、岩岩石石强强度度、地地下下水水、洞洞室室跨跨度度、形形状状、支支护类型型与与刚度度、施施工工方方法法、洞洞室室埋埋置置深度深度和和支支护时机机等因素。等因素。6/16/2024198.2.2.1 围岩压力及其影响因素影响围岩压力的因素8/98.2.2.2 围岩压力分类围岩压力分类1.概述概述围岩岩压力力是是地地下下衬砌砌结构构设计中中的的主主要要荷荷载之之一一。围岩岩压力力的的研研究究最最早早开开始始于于14世世纪，当当时用用来来研研究究地地下下采采矿工工程程中中出出现的的一一系系列列问题，如如地地层移移动、地地表表沉沉陷陷及及坑坑道道支支撑撑等等。以以后后，随随着着采采矿事事业和和其其他他地地下下工工程程的的发展展，围岩岩压力力的的研研究究也也相相应得得到到发展展。目目前前，它它已已成成为岩岩体体力力学学研研究究极极为重重要要的的内内容容。目目前前应用用较广广的的分分类是是把把围岩岩压力力分分成成松松动压力力、变形形压力力、冲冲击压力力和和膨膨胀压力力四大四大类。6/16/2024208.2.2.2 围岩压力分类概述8/9/2023208.2.2.2 围岩压力分类围岩压力分类2.松松动压力力由由于于开开挖挖导致致围岩岩松松动或或塌塌落落的的岩岩体体以以重重力力的的形形式式直直接接作作用用在在支支护上上的的压力称力称为松松动压力力。这种种压力表力表现为荷荷载的特有形式：的特有形式：顶压大，大，侧压小。小。松松动压力通常由下述三种情况形成：力通常由下述三种情况形成：（1）在整体）在整体稳定的岩体中，可能出定的岩体中，可能出现个个别松松动掉掉块的岩石的岩石对支支护造成的落石造成的落石压力；力；（2）在松散）在松散软弱的岩体中，隧道弱的岩体中，隧道顶部和两部和两侧片帮冒落片帮冒落对支支护造成的散体造成的散体压力；力；（3）在在节理理发育育的的裂裂隙隙岩岩体体中中，围岩岩某某些些部部位位的的岩岩体体沿沿弱弱面面发生生剪剪切切破破坏坏或或拉拉坏坏，形成了局部塌落松形成了局部塌落松动压力。力。造造成成松松动压力力的的因因素素很很多多，如如围岩岩地地质条条件件、岩岩体体破破碎碎程程度度、开开挖挖施施工工方方法法、爆爆破破作作用用、支支护不不及及时、回回填填密密实程程度度、洞洞形形和和支支护形形式式等等。而而岩岩体体破碎与破碎与临空面不利空面不利组合所构成的不合所构成的不稳定岩体也容易造成松定岩体也容易造成松动压力。力。6/16/2024218.2.2.2 围岩压力分类松动压力8/9/2023218.2.2.2 围岩压力分类围岩压力分类3.变形形压力力松松动压力力是是以以重重力力形形式式直直接接作作用用在在支支护上上的的，而而变形形压力力则是是由由于于围岩岩变形形受受到到支支护的的抑抑制制产生生的的。所所以以变形形压力力除除与与围岩岩应力力有有关关外外，还与与支支护时机机和和支支护刚度度密密切相关。按其成因可切相关。按其成因可进一步分一步分为下述几种情况：下述几种情况：（1）弹性性变形形压力力当当采采用用紧跟跟开开挖挖面面进行行支支护的的施施工工法法时，由由于于存存在在着着开开挖挖面面的的“空空间效效应”而而使使支支护受受到到一一部部分分围岩岩的的弹性性变形形作作用用，由由此此而而形形成成的的变形形压力力称称为弹性性变形形压力。力。（2）塑塑性性变形形压力力由由于于围岩岩塑塑性性变形形（有有时还包包括括一一部部分分弹性性变形形）而而使使支支护受到的受到的压力称力称为塑性塑性变形形压力，力，这是最常是最常见的一种的一种围岩岩变形形压力。力。（3）流流变压力力围岩岩产生生显著著的的随随时间增增长而而增增加加的的变形形或或蠕蠕变。压力力是是由由岩岩体体的蠕的蠕变变形引起的，有形引起的，有显著的著的时间效效应，它能使，它能使围岩鼓出、岩鼓出、闭合，甚至完全封合，甚至完全封闭。变形形压力力主主要要是是围岩岩变形形的的根根本本所所在在，所所以以变形形压力力的的大大小小，既既决决定定于于原原岩岩应力力的的大小和岩体的力学性大小和岩体的力学性质，也决定于支，也决定于支护结构构刚度和支度和支护的的时间。6/16/2024228.2.2.2 围岩压力分类变形压力8/9/2023228.2.2.2 围岩压力分类围岩压力分类4.膨膨胀压力力含含有有某某些些膨膨胀矿物物的的岩岩体体具具有有吸吸水水膨膨胀崩崩解解的的特特性性，这种种由由于于围岩岩膨膨胀变形形引引起起的的压力力称称为膨膨胀压力力。围岩岩吸吸水水膨膨胀、体体积增增大大，既既有有物物理理性性质，也也有有化化学学性性质。膨膨胀压力力与与变形形压力力的的根根本本区区别在在于于围岩岩变形形是是由由吸吸水水膨膨胀引引起起的的。岩岩体体膨膨胀性性，主主要要决决定定于于其其蒙蒙脱脱石石、伊伊利利石石和和高高岭岭土土的的含含量量。同同时，还依依赖于于外外界界水水的的渗渗入入和和地地下下水水的的活活动特特征征。岩岩层中中蒙蒙脱脱石石含量越高，有水源供含量越高，有水源供给，膨，膨胀性也就越性也就越显著。著。6/16/2024238.2.2.2 围岩压力分类膨胀压力8/9/2023238.2.2.2 围岩压力分类围岩压力分类5.冲冲击压力力冲冲击压力力又又称称岩岩爆爆，它它是是在在工工程程开开挖挖过程程中中，围岩岩积累累了了大大量量的的弹性性变形形能能。在在外外界界扰动下下突突然然释放放所所产生生的的压力力。由由于于冲冲击压力力是是岩岩体体能能量量的的积累累与与释放放，所所以以它它与与岩岩体体弹性性特特性性紧密密相相关关。弹性性模模量量较大大的的岩岩体体在在高高地地应力力的的作作用用下下，易易于于积累累大大量量的的弹性性变形形能能，一一旦旦遇遇到到适适宜宜条条件件，就就会会突突然然猛猛烈地大量烈地大量释放。放。6/16/2024248.2.2.2 围岩压力分类冲击压力8/9/2023248.2.3 深埋和浅埋地下结构的判断深埋和浅埋地下结构的判断因因围岩岩压力力的的计算算有有不不同同的的模模式式，要要确确定定围岩岩压力力，首首先先要要区区分分深深埋埋和和浅浅埋埋隧隧道道（地地下下结构构）。对于于公公路路隧隧道道而而言言，可可以以按按照照经典典围岩岩压力力理理论、地地质条条件件、施施工工方方法法等等因因素素综合合判判定定埋埋深深的的界界限：限：式中式中 Hp深埋与浅埋隧道分界深度；深埋与浅埋隧道分界深度；hp荷荷载等效高度，等效高度，hp=q/；q深埋隧道垂直均布深埋隧道垂直均布压力（力（kN/m2）；）；围岩重度（岩重度（kN/m3）。）。6/16/2024258.2.3 深埋和浅埋地下结构的判断因围岩压力的计算有不同的8.2.3 深埋和浅埋地下结构的判断深埋和浅埋地下结构的判断在矿山法施工的条件下，在矿山法施工的条件下，类围岩取类围岩取Hp=2.5hp；类类围岩取围岩取Hp=2.0hp。对于铁路隧道而言，隧道覆盖厚度小于表对于铁路隧道而言，隧道覆盖厚度小于表8.3所列数值时为所列数值时为浅埋隧道。浅埋隧道。6/16/2024268.2.3 深埋和浅埋地下结构的判断在矿山法施工的条件下，8.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.1 铁路隧道路隧道设计规范范所推荐的方法所推荐的方法铁路隧道路隧道设计规范范（TB 100032005）的方法）的方法根根据据以以往往铁路路隧隧道道的的坍坍方方资料料统计所所反反映映的的围岩岩松松动范范围的的大大小小，通通过对坍坍方方资料料的的统计分分析析获得得围岩岩松松动压力力的的经验估估算算公公式式。当当然然，塌塌方方资料料的的背背景景不不同同或或统计分分析析的的前前提提假假定定不不同同，所所得得经验公公式式也也不不同同。例例如如，对于于在在不不产生生显著著偏偏压力力及及膨膨胀性性压力力的的围岩岩中中用用钻爆爆法法开开挖挖的的、高高跨跨比比小小于于1.7的的隧隧道道，经过对417个个塌塌方方数数据据库的的统计与与回回归，可可以以得得到到铁路路双双线隧隧道道围岩岩竖向向均均布布松松动压力的力的计算表达式算表达式为6/16/2024278.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.1 铁路8.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.2 普氏理普氏理论普普氏氏理理论假假定定围岩岩为松松散散体体（岩岩体体不不同同程程度度地地被被节理理、裂裂隙隙等等软弱弱结构构面面所所切切割割），是是一一种种基基于于天天然然拱拱概概念念的的围岩岩压力力理理论，即即围岩的垂直均布岩的垂直均布压力力为适适用用范范围：普普氏氏理理论一一般般对松松散散、破破碎碎围岩岩较适适用用。在在松松软地地层（如淤泥、（如淤泥、软黏土等）中或黏土等）中或结构埋深太浅，不能使用普氏理构埋深太浅，不能使用普氏理论。6/16/2024288.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.2 普氏理8.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.2 太沙基理太沙基理论太太沙沙基基理理论也也把把洞洞室室围岩岩看看作作松松散散体体；但但没没有有天天然然拱拱的的概概念念，而而是是在在假假定定洞洞室室上上方方岩岩体体变形形形形态的的基基础上上按按平平衡衡条条件件推推导出出围岩岩压力的力的计算表达式。算表达式。假假定定：洞洞室室上上方方岩岩体体因因洞洞室室变形形而而下下沉沉，产生生错动面面OAB和和OAB；竖向向压应力力v是是均均布布的的，且且侧向向压应力力 （k为侧压力系数）。力系数）。6/16/2024298.2.4 深埋结构围岩松动压力的计算8.2.4.2 太沙基8.2.5 浅埋结构围岩松动压力的计算浅埋结构围岩松动压力的计算一一般般来来说，对于于埋埋深深较浅浅的的洞洞室室（如如山山岭岭铁路路或或公公路路隧隧道道的的洞洞口口地地段段、明明挖挖或或暗暗挖挖的的浅浅埋埋地地铁车站站和和区区间隧隧道道等等），开开挖挖会会引引起起整整个个上上覆覆地地层的的变位位，如如果果不不及及时支支撑撑，地地层就就会会大大量量变形形和和塌塌落，波及地表而形成一个沉陷区。参照落，波及地表而形成一个沉陷区。参照图8.5，按平衡条件可得，按平衡条件可得松松动围岩岩压力力=支支护结构反力构反力=滑滑动岩体的重力岩体的重力-滑移面上的摩擦阻力滑移面上的摩擦阻力 式中滑移面上的摩擦阻力与具体的埋深情况有关。式中滑移面上的摩擦阻力与具体的埋深情况有关。6/16/2024308.2.5 浅埋结构围岩松动压力的计算一般来说，对于埋深较浅8.2.6 围岩弹性抗力围岩弹性抗力前前面面所所讲的的松松动围岩岩压力力，如如结构构自自重重等等均均属属主主动荷荷载。地地下下结构构除除承承受受主主动荷荷载作作用用外外，还承承受受一一种种被被动荷荷载，即即围岩岩的的弹性性抗力。抗力。结构构在在主主动荷荷载作作用用下下要要产生生变形形，如如图8.6所所示示的的曲曲墙拱拱形形结构构，在在主主动荷荷载（垂垂直直荷荷载大大于于水水平平荷荷载）作作用用下下，产生生的的变形形如如虚虚线所所示示。在在拱拱顶，其其变形形背背向向地地层，在在此此区区域域内内围岩岩对结构构不不产生生约束束作作用用，所所以以称称为“脱脱离离区区”，而而在在靠靠近近拱拱脚脚和和边墙的的部部位位，结构构产生生压向向地地层的的变形形。由由于于结构构与与围岩岩紧密密接接触触，围岩岩将将制制止止结构构的的变形形，从从而而产生生了了对结构构的的反反作作用用力力，对这个个反反作作用用力力习惯上上称称“弹性性抗抗力力”。因因此此，围岩岩的的弹性性抗抗力力是是在在主主动荷荷载作作用用下下，衬砌砌向向围岩岩方方向向的的变形形而而引引起起的的围岩岩被被动力力。弹性抗力作用的范性抗力作用的范围称称为“抗力区抗力区”。6/16/2024318.2.6 围岩弹性抗力前面所讲的松动围岩压力，如结构自重等8.2.6 围岩弹性抗力围岩弹性抗力围岩岩弹性性抗抗力力的的存存在在是是地地下下结构构区区别于于地地面面结构构的的显著著特特点点之之一一。因因为，地地面面结构构在在外外力力作作用用下下，可可以以自自由由变形形不不受受外外界界的的约束束，而而地地下下结构构在在外外力力作作用用下下，其其变形形要要受受围岩岩的的约束束。所所以以，地地下下结构构设计必必须考考虑结构构与与围岩岩之之间的的相相互互作作用用，这使使得得地地下下结构构设计与与计算算变得得复复杂，但但这只只是是问题的的一一个个方方面面；另另一一方方面面，由由于于围岩岩弹性性抗抗力力的的存存在在，限限制制了了结构构的的变形形，以以致致结构构的的受受力力条条件得以改善，使其件得以改善，使其变形小而承形小而承载能力有所增加。能力有所增加。6/16/2024328.2.6 围岩弹性抗力围岩弹性抗力的存在是地下结构区别于地8.2.6 围岩弹性抗力围岩弹性抗力因因为弹性性抗抗力力是是由由结构构与与围岩岩的的相相互互作作用用产生生的的，所所以以弹性性抗抗力力的的大大小小和和分分布布规律律不不仅决决定定结构构的的变形形，还与与围岩岩的的物物理理力力学学性性质有着密切的关系。有着密切的关系。如如何何确确定定弹性性抗抗力力的的大大小小和和其其作作用用范范围（抗抗力力区区），目目前前有有两两种种理理论：一一种种是是局局部部变形形理理论，认为弹性性地地基基（围岩岩）某某点点上上施施加加的的外外力力只只会会引引起起该点点的的沉沉陷陷；另另一一种种是是共共同同变形形理理论，即即认为弹性性地地基基上上的的一一点点的的外外力力，不不仅引引起起该点点发生生沉沉陷陷，而而且且还会会引引起起附附近近一一定定范范围的的地地基基发生生沉沉陷陷。后后一一种种理理论较为合合理理，但但由由于于局局部部变形形理理论计算算较为简单，且且一一般般能能够满足足工工程程精精度度要要求求，所所以以目前多采用局部目前多采用局部变形理形理论计算算弹性抗力。性抗力。6/16/2024338.2.6 围岩弹性抗力因为弹性抗力是由结构与围岩的相互作用第第8章章 地下空间结构设计理论与地下空间结构设计理论与方法方法 8.1 地下结构分类地下结构分类 8.2 地下结构荷载地下结构荷载?8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法 8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计6/16/202434第8章 地下空间结构设计理论与方法 8.1 地下结8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法8.3.1 地下地下结构内力构内力计算力学模型算力学模型关关于于地地下下结构构的的内内力力计算算，目目前前有有两两种种不不同同的的设计理理念念，一一种种认为围岩岩的的作作用用只只是是向向结构构施施加加荷荷载，而而结构构的的作作用用只只是是承承受受荷荷载；另另一一种种则认为围岩岩既既是是荷荷载又又有有承承载能能力力，而而结构构的的作作用用是是调整整围岩岩从从而而与与之之共共同同维持持洞洞室室的的稳定定性性。相相应地地，地地下下结构的内力构的内力计算模型可以划分算模型可以划分为如下两种如下两种类型：型：1.荷荷载-结构构模模型型认为围岩岩对支支护结构构的的作作用用只只是是产生生作作用用在在结构构上上的的荷荷载（包包括括主主动的的围岩岩压力力和和被被动的的弹性性抗抗力力），以以计算算支支护结构构在在荷荷载作作用用下下产生生的的内内力力和和变形形的的方方法法称称为荷荷载-结构法构法。6/16/2024358.3 地下结构计算的力学方法8.3.1 地下结构内力计算力8.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型1.荷荷载-结构模型构模型荷荷载-结构构模模型型只只适适用用于于浅浅埋埋情情况况及及围岩岩塌塌落落而而出出现松松动压力力的情况。的情况。6/16/2024368.3.1 地下结构内力计算力学模型荷载-结构模型8/9/28.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型1.荷荷载-结构模型构模型荷荷载-结构模型构模型还可按荷可按荷载不同不同细分成如下几种模式：分成如下几种模式：（1）主）主动荷荷载模型。模型。（2）主）主动荷荷载+被被动荷荷载模型。模型。（3）量）量测压力模型。力模型。6/16/2024378.3.1 地下结构内力计算力学模型荷载-结构模型8/9/28.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型2.地地层结构模型构模型主主要要用用于于由由于于围岩岩变形形而而引引起起的的压力力，压力力值必必须通通过支支护结构构与与围岩岩共共同同作作用用而而求求得得，这是是反反映映当当前前现代代支支护结构构原原理理的的一种一种计算方法，需采用岩石力学方法算方法，需采用岩石力学方法进行行计算。算。6/16/2024388.3.1 地下结构内力计算力学模型地层结构模型8/9/208.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型2.地地层结构模型构模型计算方法通常有算方法通常有数数值解法解法和和解析解法解析解法两两类。数数值解解法法是是把把围岩岩视作作弹塑塑性性体体或或黏黏弹塑塑性性体体，并并与与支支护一一起起采采用用有有限限元元或或边界界元元数数值法法求求解解。数数值解解法法可可以以直直接接算算出出围岩岩与与支支护的的应力力和和变形形状状态，以以判判断断围岩岩是是否否失失稳和和支支护是是否否破破坏坏。数数值解解法法往往往往有有多多种种功功能能，能能考考虑岩岩体体中中的的节理理裂裂隙隙、层面面、地地下下水水渗渗流流及及岩岩体体膨膨胀性性等等影影响响，是目前理是目前理论计算法中的主要方法。算法中的主要方法。6/16/2024398.3.1 地下结构内力计算力学模型地层结构模型8/9/208.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型2.地地层结构模型构模型计算方法通常有算方法通常有数数值解法解法和和解析解法解析解法两两类。解解析析解解法法主主要要适适用用于于一一些些简单情情况况下下，以以及及某某些些简化化情情况况下下的的近近似似计算算。目目前前，国国内内外外这类方方法法已已经很很多多，一一般般可可概括成如下几种：概括成如下几种：（1）支支护结构构体体系系与与围岩岩共共同同作作用用的的解解析析解解法法。利利用用围岩岩与与支支护衬砌砌之之间的的位位移移协调条条件件，得得简单洞洞形形（如如圆形形）条条件件下下围岩岩与与衬砌砌结构的构的弹性、性、弹塑性及黏塑性及黏弹性解。性解。6/16/2024408.3.1 地下结构内力计算力学模型地层结构模型8/9/208.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型2.地地层结构模型构模型计算方法通常有算方法通常有数数值解法解法和和解析解法解析解法两两类。解析解法解析解法 （2）收收敛-约束束法法或或特特征征曲曲线法法。原原理理：按按弹塑塑-黏黏性性理理论等等推推导公公式式后后，再再以以洞洞周周位位移移为横横坐坐标、支支护反反力力为纵坐坐标的的坐坐标平平面面内内绘出出表表示示围岩岩受受力力变形形特特征征的的洞洞周周收收敛线，并并按按结构构力力学学原原理理在在同同一一坐坐标平平面面内内绘出出表表示示支支护结构构受受力力变形形特特征征的的支支护限限制制线，得得出出以以上上两两条条曲曲线的的交交点点，根根据据交交点点处表表示示的的支支护抗抗力力值进行行支支护结构构设计。6/16/2024418.3.1 地下结构内力计算力学模型地层结构模型8/9/208.3.1 地下结构内力计算力学模型地下结构内力计算力学模型2.地地层结构模型构模型解析解法解析解法 （3）剪剪切切滑滑移移楔楔体体法法。基基于于Robcewicz提提出出的的“剪剪切切破破坏坏理理论”。该理理论认为，围岩岩稳定定性性的的丧失失，主主要要发生生在在洞洞室室与与主主应力力方方向向垂垂直直的的两两侧，并并形形成成剪剪切切滑滑移移楔楔体体。由由于于地地下下洞洞室室开开挖挖在在侧压系系数数1的的条条件件下下，岩岩体体的的破破坏坏过程程如如图8.11所所示示。首首先先两两侧壁壁的的楔楔形形岩岩块由由于于剪剪切切而而分分离离，并并向向洞洞内内移移动（图8.11a），而而后后，上上部部和和下下部部岩岩体体由由于于楔楔形形岩岩块滑滑移移造造成成跨跨度度加加大大，上上下下岩岩体体向向洞洞内内挠曲曲（图8.11b），甚甚至至移移动（图8.11c）。支支护结构构的的设计按按照照由由锚杆杆、喷射射混混凝凝土土及及钢拱拱架架提提供供的的支支护抗抗力力与与塑塑性性滑滑移移楔楔体体的的滑滑移移力力达达成成平平衡衡这一条件一条件进行。行。6/16/2024428.3.1 地下结构内力计算力学模型地层结构模型8/9/208.3.2 荷载结构计算方式荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形拱形结构构1.曲曲墙拱拱结构构曲曲墙拱拱衬砌砌属属超超静静定定结构构，计算算方方法法采采用用“假假定定抗抗力力法法”。即即朱拉波夫朱拉波夫-布加也娃法，也称朱布加也娃法，也称朱-布法。布法。（1）考）考虑土土层弹性抗力及其分布性抗力及其分布曲曲墙拱拱型型结构构在在竖向向荷荷载及及侧向向水水平平荷荷载（土土层压力力）的的作作用用下下，结构构拱拱顶部部向向内内产生生变形形，曲曲墙向向外外侧变形形，曲曲墙的的变形形使使土土体体产生生变形形，土土体体变形形达达到到一一定定程程度度即即出出现土土体体抵抵抗抗侧墙的的继续变形，形，对侧墙变形的抵抗作用即称形的抵抗作用即称为土体土体对结构的构的弹性抗力。性抗力。6/16/2024438.3.2 荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形结构8/9/8.3.2 荷载结构计算方式荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形拱形结构构1.曲曲墙拱拱结构构（2）计算算简图有有垂垂直直土土层压力力q，侧向向水水平平压力力e+e，拱拱脚脚弹性性固固定定两两侧受受地地层约束束的的无无铰拱拱，荷荷载与与结构构对称。称。6/16/2024448.3.2 荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形结构8/9/8.3.2 荷载结构计算方式荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形拱形结构构1.曲曲墙拱拱结构构（3）计算步算步骤I.求主求主动荷荷载作用下作用下结构内力构内力II.求求b=1时的的III.求最大抗力求最大抗力IV.计算各截面最算各截面最终内力内力值计算的校核算的校核6/16/2024458.3.2 荷载结构计算方式8.3.2.1 拱形结构8/9/8.3.2.1 拱形结构拱形结构2.曲曲墙拱拱结构构该方方法法是是将将衬砌砌结构构的的边墙看看作作搁置置于于弹性性地地基基上上的的曲曲梁梁或或直直梁梁，弹性性地地基基按按文文克克尔尔计算算方方法法。当当曲曲墙的的曲曲率率是是常常数数或或直直墙时，可可采采用用初初参参数数法求解。一般直法求解。一般直墙式式衬砌的直砌的直边墙采用此法求解。采用此法求解。计算算图式式将将拱拱圈圈和和梁梁分分开开计算算，将将拱拱圈圈处理理为弹性性固固定定在在边墙顶上上的的无无铰平平拱拱，边墙处理理为搁置置在在弹性性地地基基上上的的直直梁梁。在在拱拱脚脚和和墙顶连接接处应满足足力力的的平平衡衡条条件件和和变形形连续条条件件。拱拱脚脚d处除除有有转角角和和垂垂直直位位移移外外，还有有水水平平位位移移。在在结构构和和荷荷载对称称的的条条件件下下，垂垂直直位位移移对拱拱圈圈结构构内内力力无无影影响响，可以不可以不计。6/16/2024468.3.2.1 拱形结构曲墙拱结构8/9/2023468.3.2.2 圆形结构圆形结构1.整体式整体式圆形形结构构2.（1）自由）自由变形形圆环法法3.当当整整体体式式圆管管结构构修修建建在在松松软地地层中中，地地层对结构构的的弹性性抗抗力力很很小小，故故假假定定结构构可可以以自自由由变形形，地地基基反反力力沿沿环的的水水平投影平投影为均匀分布，均匀分布，计算算图式如式如图8.17所示。所示。6/16/2024478.3.2.2 圆形结构整体式圆形结构8/9/2023478.3.2.2 圆形结构圆形结构1.整体式整体式圆形形结构构2.（2）假定抗力）假定抗力图法法衬砌砌机机构构在在竖向向荷荷载作作用用下下，产生生向向地地层方方向向的的变形形，从从而而引引起起弹性性抗抗力力。对于于圆管管结构构，弹性性抗抗力力的的分分布布规律律，可可根根据据已已有有的的实践践经验假假定定给出出。计算算图式式如如图8.18所示。所示。6/16/2024488.3.2.2 圆形结构整体式圆形结构8/9/2023488.3.2.2 圆形结构圆形结构2.装配式装配式圆形形结构构装装配配式式圆管管结构构，应根根据据管管片片或或砌砌块间连接接构构造造以以及及所所采采用用的的施施工工方方法法，确确定定相相应的的计算算方方法法。当当组成成圆管管结构构的的管管片片或或砌砌块在在环向向采采用用如如图8.19所所示示的的连接接构构造造，而而接接头能能传递全全部部内内力力时（实际上上是是不不可可能能传递全全部部内内力力的的，而而只只能能传递部部分分内内力力，故故应把把接接头当当作作传递一一定定内内力力的的弹性性铰，按按弹性性铰接接圆环进行行结构构计算算），可可按按整整体体均均质圆环计算算；而而当当管管片片或或砌砌块采采用用如如图8.20（砌砌块端端为圆柱柱形形接接头）或或图8.21所所示示的的连接接构构造造时，应按按多多铰圆环计算，其算，其计算算图式如式如图8.22所示所示。6/16/2024498.3.2.2 圆形结构装配式圆形结构8/9/2023498.3.2.3 框架结构框架结构地地下下铁道道的的通通道道、车站站或或地地下下厂厂房房，承承受受地地层的的竖向向压力力和和水水平平压力力以以及及车辆等等荷荷载，可可视为平平面面变形形问题，沿沿纵向向取取单位位宽度度，按按闭合合框框架架计算算其其结构构内内力力。由由于于底底板板与与地地基基之之间有有摩摩擦擦力力，故故可可认为底底板板不不能能沿沿水水平平方方向运向运动。地下。地下铁道通道的道通道的计算算简图如如图8.27所示。所示。6/16/2024508.3.2.3 框架结构地下铁道的通道、车站或地下厂房，承受8.3.3 地层结构计算方法地层结构计算方法8.3.3.1 地地层的初始的初始应力状力状态地地层结构构法法认为，地地下下空空间的的结构构体体系系是是由由围岩岩和和支支护共共同同组成成的的，围岩岩既既是是荷荷载的的来来源源，又又是是承承载体体系系的的一一部部分分。从从地地层的的初初始始应力力状状态出出发，地地层结构构法法采采用用固固体体力力学学方方法法计算算开开挖挖和和支支护对围岩岩应力力和和位位移移场的的作作用用，而而支支护结构构的的内内力力和和变形形只只是是整整个个围岩岩-结构构体体系系计算算结果果中中的一部分。的一部分。地地层的的初初始始应力力场与与地地层的的结构构、性性质、埋埋藏藏条条件件及及地地质构构造造运运动历史史等等因因素素有有关关，可可以以划划分分成成自自重重应力力场和和构构造造应力力场两两个个部部分分。前前者者是是地地层自自重重产生生的的应力力，后后者者代代表表过去去和和当当前前地地质构构造造运运动（包包括括褶褶曲曲、断断裂裂、层间错动、地地壳壳升升降降、板板块运运动等等）所所引引发的的应力力（分分别称称为残残余余构造构造应力和新构造力和新构造应力）。力）。6/16/2024518.3.3 地层结构计算方法8.3.3.1 地层的初始应力状8.3.3.1 地层的初始应力状态地层的初始应力状态在在以以自自重重应力力为主主的的地地层中中，当当地地表表为水水平平面面、地地层为均均质各各向向同同性性时，深深度度为h处自自重重应力力的的垂垂直直和和水水平平分分量量可可以以分分别表示表示为如如果果地地层是是水水平平成成层分分布布的的，自自重重应力力的的大大小小可可以以分分层总和和而得。而得。6/16/2024528.3.3.1 地层的初始应力状态在以自重应力为主的地层中，8.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场开挖的模拟与围岩二次应力场围岩二次岩二次应力状力状态分析是地分析是地层结构法的关构法的关键步步骤。地地下下开开挖挖使使地地层出出现了了新新临空空面面和和该临空空面面上上地地层应力力的的释放放，破破坏坏了了地地层的的初初始始应力力平平衡衡，引引起起地地层应力力的的重重新新分分布布。在在这个个时间过程程中中，地地层应力力是是连续变化化的的，特特别地地，洞洞室室开开挖挖后后在在未未加加支支护的的情情况况下下，地地层应力力所所达达到到的的新新的的相相对平平衡衡称称为围岩岩的的二二次次应力力状状态。二二次次应力力的的发展展与与稳定定受受到到自自然然因因素素和和工工程程因因素素的的影影响响：围岩岩组成成、结构构、性性质、初初始始应力力状状态等等；开开挖挖手手段段和和方方法法，洞洞室室的的位位置置、大大小小和和形形状状及其与及其与围岩岩结构的相构的相对关系等。关系等。6/16/2024538.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场围岩二次应力状态分8.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场开挖的模拟与围岩二次应力场一般来说，二次应力场是三维场。一般来说，二次应力场是三维场。6/16/2024548.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场一般来说，二次应力8.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场开挖的模拟与围岩二次应力场用用初初始始应应力力释释放放的的办办法法通通过过固固体体力力学学计计算算确确定定。在在围围岩岩材材料料本构关系为本构关系为线弹性线弹性的条件下。的条件下。6/16/2024558.3.3.2 开挖的模拟与围岩二次应力场用初始应力释放的办8.3.3.3 支护抗力对围岩位移的控制支护抗力对围岩位移的控制洞洞室室的的稳稳定定与与否否，取取决决于于围围岩岩的的二二次次应应力力和和变变形形是是否否超超过过了了围围岩岩的的强强度度和和变变形形能能力力。如如果果二二次次应应力力的的发发展展没没有有伴伴随随围围岩岩的的塌塌落落或或过过度度变变形形，则则单单从从围围岩岩稳稳定定的的角角度度来来看看是是没没有有必必要要设设置置支支护护结结构构的的。但但如如果果情情况况相相反反，围围岩岩自自身身不不能能保保持持长长期期稳稳定定，就就必必须须施施作作支支护护控控制制围围岩岩的的变变形形、改改善善围围岩岩的的应应力力状状态态（支支护护使使洞洞室室周周边边围围岩岩处处在在三三维维压压应应力力状状态态，有有利利于于发发挥挥围围岩岩的的抗抗压压能能力力）。支支护护与与围围岩岩共共同同变变形形而而达达到到某某种种平平衡衡，称称为为围围岩岩-结结构构体体系系的的三三次次应应力力状状态态。地地层层结结构构法法就就是是在在确确定定初初始始应应力力以以后后，以以二二次次应应力力分分析析为为基基础础，计计算算支支护护结结构构与与围围岩岩的的共共同同作作用用，从从而而确确定定隧隧道道结结构构体体系系的三次应力状态。的三次应力状态。6/16/2024568.3.3.3 支护抗力对围岩位移的控制洞室的稳定与否，取决8.3.3.4 地层结构模型的有限单元法地层结构模型的有限单元法实实际际地地下下结结构构的的地地层层结结构构模模型型分分析析往往往往需需要要考考虑虑比比较较复复杂杂的的材材料料模模型型、几几何何形形状状、边边界界条条件件，一一般般是是没没有有办办法法求求出出解解析析解解的的；因因而就必须使用数值方法。而就必须使用数值方法。原原理理：通通过过单单元元分分析析建建立立单单元元刚刚度度方方程程，根根据据位位移移协协调调条条件件组组建建总总体体刚刚度度方方程程，引引入入边边界界条条件件并并求求解解，得得到到各各节节点点的的位位移移，然然后后再再利利用用节节点点位位移移通通过过单单元元刚刚度度方方程程获获得得单单元元节节点点力力，通通过过单单元元应应力方程获得单元应力，通过单元应变方程获得单元应变。力方程获得单元应力，通过单元应变方程获得单元应变。6/16/2024578.3.3.4 地层结构模型的有限单元法实际地下结构的地层结8.3.3.4 地层结构模型的有限单元法地层结构模型的有限单元法1.计算范围的选取计算范围的选取有有限限单单元元法法的的模模型型只只能能是是空空间间有有限限的的区区域域，而而地地下下结结构构周周围围的的地地层层相相对对而而言言是是无无限限大大或或半半无无限限大大（深深埋埋或或浅浅埋埋）的的；因因此此必必须须选选择择某某个个有有限限的的计计算算范范围围建建立立有有限限单单元元模模型型。这这个个计计算算范范围围的的边边界界应应该该离离地地下下结结构构足足够够远远，设设在在几几乎乎不不受受地地下下工工程程影影响响的的地地方方。经经验验表表明明，一一般般来来说说，在在离离洞洞室室中中心心35倍倍于于洞洞室室特特征征尺尺寸寸（最最大大内内径径）以以外外的地方，地下工程的影响足够小。的地方，地下工程的影响足够小。6/16/2024588.3.3.4 地层结构模型的有限单元法计算范围的选取8/98.3.3.4 地层结构模型的有限单元法地层结构模型的有限单元法2.单元类型的选择单元类型的选择可可以以用用二二维维平平面面单单元元（平平面面应应变变或或平平面面应应力力问问题题）或或三三维维实实体体单单元元（三三维问题）来对计算范围内的地层进行离散化分析。维问题）来对计算范围内的地层进行离散化分析。3.开挖效应的模拟开挖效应的模拟洞洞室室的的开开挖挖释释放放了了洞洞室室边边界界上上的的初初始始应应力力，在在计计算算中中可可以以通通过过在在开开挖挖边边界界上上施施加加与与初初始始作作用用力力大大小小相相等等、方方向向相相反反的的释释放放荷荷载载来来模模拟拟这这种种应应力力释放。释放。如如果果考考虑虑开开挖挖与与支支护护的的时时间间效效应应，则则释释放放荷荷载载的的取取值值应应视视支支护护结结构构的的设设立立时时间间而而定定。如如果果支支护护是是在在开开挖挖后后瞬瞬时时设设置置的的，则则支支护护结结构构单单元元将将承承受受全全部部的的释释放放荷荷载载；如如果果支支护护是是在在开开挖挖之之后后某某个个时时刻刻设设立立的的，则则支支护护结结构构承受的释放荷载应该只是全部释放荷载中尚未释放掉的那个部分。承受的释放荷载应该只是全部释放荷载中尚未释放掉的那个部分。6/16/2024598.3.3.4 地层结构模型的有限单元法单元类型的选择8/9第第8章章 地下空间结构设计理论与地下空间结构设计理论与方法方法 8.1 地下结构分类地下结构分类 8.2 地下结构荷载地下结构荷载 8.3 地下结构计算的力学方法地下结构计算的力学方法?8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计6/16/202460第8章 地下空间结构设计理论与方法 8.1 地下结8.4 明挖基坑支护桩设计明挖基坑支护桩设计8.4.1 支护结构设计的计算理论支护结构设计的计算理论8.4.1.1 基坑围护桩的作用基坑围护桩的作用深深基基坑坑支支护护结结构构多多种种多多样样，用用材材和和施施工工方方法法也也千千变变万万化化，但但主主要要可可以以分分为为两两大大类类：第第一一类类为为支支挡挡型型的的，如如排排桩桩式式支支挡挡结结构构和和地地下下连连续续墙墙；第第二二类类为为加加固固型型的的，如如高高压压旋旋喷喷法法加加固固、静静压压注注浆浆加加固固、深深层层搅搅拌拌法法加加固固、喷锚支护和土钉墙等。喷锚支护和土钉墙等。深深基基坑坑支支护护结结构构的的主主要要作作用用是是减减小小土土方方开开挖挖，少少占占场场地地空空间间，保保护护相相邻邻的的已已有有建建（构构）筑筑物物和和地地下下设设施施，减减少少或或防防止止坑坑底底隆隆起起，另另外外还还兼兼有有支支护和防水的双重功效。护和防水的双重功效。6/16/2024618.4 明挖基坑支护桩设计8.4.1 支护结构设计的计算理论8.4.1.2 土压力计算土压力计算作作用用于于支支护护结结构构上上的的荷荷载载主主要要指指土土压压力力和和水水压压力力。其其中中土土压压力力的的计计算算是是设设计计者者最最为为关关注注的的问问题题，目目前前大大致致有有两两类类计计算算方方法法，一一是是建建立立于于极极限限平平衡衡理理论论上上的的经经典典土土压压力力理理论论；包包括括朗朗肯肯土土压压力力理理论论和和库库仑仑土土压压力力理理论论；二是根据实测结果而提出的二是根据实测结果而提出的Terzaghi-Peck土压力模式土压力模式。1.按经典土压力理论计算按经典土压力理论计算