地下建筑结构的计算方法地下建筑结构地下建筑结构地下建筑结构的计算方法崔振东副教授，IAEG,FICDM,FICCE__,cuizhendong@中国矿业大学力建学院岩土工程研究所地下建筑结构本讲内容1234计算方法的发展现状和计算方法荷载结构法地层结构法算例地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法19世纪初才逐渐形成计算理论，最先出现的计算理论是将地下结构视为刚性结构的计算理论，如压力线理论等。直到19世纪后期，混凝土和钢筋混凝土材料陆续出现，并被用于建造地下工程，使地下建筑结构具有较好的整体性。从这时起，地下结构开始按弹性连续拱形框架计算内力，并据以进行截面设计。地下建筑结构在主动荷载作用下发生弹性变形的同时，将受到地层对其变形产生的约束作用。将这类约束作用假设为弹性抗力，地下建筑结构的计算理论便有了与地面结构不同的特点。由此建立了典型的假定抗力方法、弹性地基梁的力法(1956)、角变位移法及不均衡力矩与侧力传播法等地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法地下结构与地层是一个受力整体，20世纪以来，按连续介质力学理论建立地下建筑结构内力计算方法的研究也逐渐取得成果。已经建立的方法既有解析解，又有各类数值计算法。随着计算机技术的推广应用和岩土介质本构关系研究的进展，地下结构的数值计算方法有了很大的发展，并已编制了多种功能齐全的程序软件。70年代起，随着隧道施工力学研究的发展，人们开始致力于对采用新奥法施作的隧道建立仿真计算技术的研究，并据以对复合支护提出计算方法和设计方法，后者同时包括对地下工程施工的安全性监测建立和完善量测技术，以及对其建立分析理论和对地下建筑结构的设计引入反馈设计方法，以优化工程设计和确保工程施工的安全性。值得指出的是，在地下建筑结构计算理论研究的发展过程中，后期提出的计算方法一般并不否定前期的研究成果。鉴于岩土介质性质的复杂多变性，这些计算方法一般都有各自的适用场合，但都带有一定的局限性。地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：一以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；二以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛―限制法；三作用―反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；四连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法按照多年来地下建筑结构设计的实践，我国采用的设计方法似分属以下四种设计模型：(一)荷载结构模型荷载结构模型采用荷载结构法计算衬砌内力，并据以进行构件截面设计。其中衬砌结构承受的荷载主要是开挖洞室后由松动岩土的自重产生的地层压力。这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致，区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。(二)地层结构模型地层结构模型的计算理论即为地层结构法。其原理，是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据以验算地层的稳定性和进行构件截面设计。(三)经验类比模型由于地下结构的设计受到多种复杂因素的影响，使内力分析即使采用了比较严密的理论，计算结果的合理性也常仍需借助经验类比予以判断和完善，因此，经验设计法往往占据一定的位置。经验类比模型则是完全依靠经验设计地下结构的设计模型。(四)收敛限制模型收敛限制模型的计算理论也是地层结构法，其设计方法则常称为收敛限制法，或称特征线法。地下建筑结构4.1计算方法现状和计算方法下图为收敛限制法原理的示意图。图中纵坐标表示结构承受的地层压力，横坐标表示洞周的径向位移。其值一般都以拱顶为准测读计算，曲线①为地层收敛线，曲线②为支护特征线。两条曲线的交点的纵坐标（Pe）即为作用在支护结构上的最终地层压力，横坐标（ue）则为衬砌变形的最终位移。因洞室开挖后一般需隔开一段时间后才施筑衬砌，图4-3中以u0值表示洞周地层在衬砌修筑前已经发生的初始自由变形值。地下建筑结构4.2荷载结构法荷载结构法...
