《地下结构设计原理与方法》系统地介绍了地下结构设计的基本理论与计算方法,突出了现代支护结构理论,形成了以理论计算和经验设计为基础,并以施工量测信息反馈设计来指导施工的现代地下结构设计体系。
《地下结构设计原理与方法》**阐述了现代支护原理与方法、结构力学的计算方法、连续介质力学的计算方法和信息反馈设计方法。同时,为说明这些计算原理与方法,还撰写了有关的基础知识,列举了大量的工程实例,并辅以算例,做到理论与实践相结合。每章后附有思考题和习题。
《地下结构设计原理与方法》可作为高等院校地下工程专业本科学生的教材,亦可供从事相关工程工作的科研、设计和施工技术人员参考。

第1章 概论
1.1 地下结构体系的组成及结构形式
1.2 地下结构计算理论的发展与现状
1.3 地下结构的计算特性和设计方法
1.4 地下结构计算的力学模型
1.5 地下结构设计的内容
思考题与习题

第2章 地下工程结构物的工作环境
2.1 围岩初始应力场
2.2 围岩的工程性质
2.3 地下洞室的围岩分级及其应用
思考题与习题

第3章 围岩与支护结构的相互作用
3.1 基本概念
3.2 洞室开挖后的应力场特征及力学效应
3.3 围岩应力和位移的线弹性分析
3.4 围岩应力和位移的弹塑性分析
3.5 围岩与支护结构的相互作用
3.6 围岩压力
思考题与习题

第4章 现代支护结构设计原理与方法
4.1 现代支护结构原理与结构类型
4.2 以围岩分级为基础的经验设计
4.3 轴对称条件下锚喷支护的计算与设计
思考题与习题

第5章 结构力学的计算方法
5.1 概述
5.2 不考虑弹性反力的计算方法
5.3 假定弹性反力的计算方法
5.4 弹性地基梁法
5.5 障性支承法
5.6 考虑施工荷载的结构计算
5.7 支挡结构计算
思考题与习题

第6章 连续介质力学的计算方法
6.1 解析法
6.2 数值法
思考题与习题

第7章 地下结构信息反馈设计方法
7.1 概述
7.2 现场监控量测
7.3 量测数据的分析处理
7.4 信息反馈方法
7.5 隧道净空位移的监控基准及监控曲线
思考题与习题

附录
附表1 高斯法解方程的步骤
附表2~4 双曲线三角函数
附表5 两个对称力矩作用下基础梁的角变
附表6 两个对称集中荷载用作下基础梁的角变
参考文献
……

岩体在开挖洞室后所表现出的性态,概括起来不外乎是:充分稳定的、基本上稳定的、暂时稳定的、不稳定的几种。而工程中可能碰到的情况,也必然是属于其中的一种。任何一种施工方法和支护结构都具有很大的地质适应性,例如,锚喷支护在采取一定措施的条件下,几乎可以适用于绝大部分地质条件。这说明了针对不同的工程目的(爆破、开挖、支护、掘进机掘进……),是可以将与之相应的地质环境进行一定的概括、归纳和分级,为地下工程的设计和施工提供一定的基础。应该说,一个准确而合理的围岩分级,不仅是人们认识洞室围岩特征,正确进行隧道或其他地下洞室设计、施工的基础,而且也是现场进行科学管理,发展新的施工工艺以及正确评价经济效益的有力工具。因为工人劳动条件的好坏,工程的难易,以及制订劳动定额、材料消耗标准等都是以围岩分级为基础的。
作为工程设计用的围岩分级一般应尽量满足如下要求:
①形式简单、含义明确、便于实际应用,一般以分5级或6级为宜。
②分级参数要包括影响围岩稳定性的主要参数,它们的指标应能在现场或室内快速、简便获得。
③评价标准应尽量科学化、定量化,并简明实用。
④锚喷支护围岩稳定性分级,应能较好地为锚喷支护的工程类比设计、监控设计及理论设计服务。分级应当适应锚喷支护参数表以及监控测试方法与控制数据,并便于提供计算模型和计算参数。
⑤既能适应勘察阶段初步划分围岩级别,又能适应施工阶段详细划分围岩级别。前者是在地面地质工作的基础上进行的,后者则在导洞打通后或洞室开挖后进行的。洞室的围岩分级应当适用于2个阶段,只是在不同阶段所做的地质工作可以有所不同。
一般认为,服务于工程设计的围岩分级是按其稳定性分级的。实际上,围岩的稳定性不仅取决于自然的地质因素,而且还与工程规模、洞室形状及施工条件等人为因素有关。所以,现在这种根据地质因素划分围岩级别的方法实质上是岩体质量分级,它仅与岩体质量有关,而与工程状况和施工状况无关。
不过严格来说,当前的围岩分级也不完全等同于岩体质量分级。例如分级中考虑了节理面与洞轴线的关系、结构面与临空面的组合等因素,它既与自然条件有关,也与人为条件有关。习惯上,我们还是把目前的围岩分级称为按稳定性分级,而实际上,围岩分级中一般是没有包含工程因素和施工因素在内的。
国内外在近几十年来,把围岩分级作为地下洞室工程技术的重要研究内容之一,从定性上、定量上进行了大量的探索和实
…… 地下工程通常包括在地下开挖的各种隧道与洞室。铁路、公路、矿山、水电、国防、城市地铁及城市建设等许多领域,都有大量的地下工程。随着科学技术及工业的发展,地下工程将会有更为广泛的应用前景。科学预测指出2l世纪将是地下工程的世纪。
地下结构不同于地面结构,分析和研究地下结构的**性和稳定性不仅与结构本身有关,还与周围的环境--工程地质条件及施工过程密切相关,即围岩的稳定性极大地影响地下结构的**性。尽管地下结构计算理论的发展至今已有百余年的历史,但在人们还没有认识到这一点之前,地下结构长期处于“经验设计”和“经验施工”的局面。
随着地下工程施工技术水平的提高,特别是以新奥法原理为基础的现代支护技术的应用与发展,使得充分发挥和提高围岩的承载能力成为可能,人们也就更加认识到如何将围岩的承载力以及围岩与支护结构相互作用的关系正确地反映到计算模型中来,从而达到降低工程造价的目的。
本教材基于上述现状,在总结十几年教学经验的基础上,就目前国内外广泛应用的设计方法,**阐述了以新奥法为基础的现代支护理论及设计方法;以围岩分级为基础的经验设计方法;国内外广泛采用的结构力学的计算模型;随着岩体力学的发展而发展起来的连续介质力学模型;随着量测技术发展起来的信息化设计方法等。同时,为说明这些设计方法和计算原理,还撰写了有关的基础知识。
本教材为土木工程专业地下工程方向的教材之一。本着以授课为主自学为辅的原则,除了阐述有关计算模型的基本原理与方法以外,还列入了许多实例,以便于自学。
本教材还可供地下工程专业的研究生和工程技术人员参阅。
本书共分7章,第1章~第5章由李志业教授编写;第6章~第7章由曾艳华副教授编写;郭艳华完成了第3章的大部分算例;刘红燕完成了第5章5-3中的算例。高波教授对全书进行了审阅。曾艳华副教授对全书的图形和符号的统一做了大量的工作,关宝树教授对此书提出了宝贵的意见,肖中平也为本书提供了很多素材,在此一并表示感谢。
在编写过程中可能还存在一些疏漏或不足,敬请专家及同行指正。