隧道结构力学计算必备.doc

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1、1.简述隧道结构计算理论的发展历程：刚体力学——弹性力学——粘弹性力学、弹塑性力学——粘弹塑性力学。2.简述隧道衬砌的类型、各自使用范围及特点：（1）整体式砼衬砌:A.半衬砌:适用于岩石较坚硬并且整体稳定或基本稳定的围岩;B.厚拱薄衬砌:适用于水平压力很小的情况;C.直墙拱形衬砌:铁路隧道常用,竖向压力较大,水平侧压力不大;D.曲墙拱形衬砌:地质条件差,岩石破碎松散和易于坍塌地段。（2）装配式衬砌:用于盾构法施工,深埋法施工,TBM法施工。（3）锚喷支护衬砌:有很强时效性，多用于新奥法和挪威法。（4）复合式衬砌：主要应用于含水量较多的

2、地段。3.计算半衬砌结构和一般结构力学的主要差别是什么：半衬砌结构在变形过程中要受到周围介质的限制，拱脚弹性固定。4.拱形半衬砌隧道的结构计算：（1）半衬砌结构可简化为弹性固定平面无铰拱（计算模型）;（2）拱顶截面建立位移协调方程，由拱顶截面的位移协调方程得拱脚处的位移和转角;（3）将拱脚位移和转角方程代入拱顶截面位移协调方程，得关于未知力X1，X2的线性代数方程组，可得拱顶截面未知力;（4）各截面强度校核。5.拱形直墙隧道的结构计算:（1）判断边墙是短梁、长梁还是刚性梁；(2)由弹性地基梁公式,计算系数μ1，β1，μ2，β2(墙顶位

3、移);(3)由主动荷载及单位弹性抗力所产生的h点位移计算单位弹性抗力所产生的位移μhσ;（4）由μhp和μhσ求得弹性抗力σh;（5）根据任一截面i处的内力表达式得拱的截面内力;（6）求出直梁的内力;（7）校核计算结果。6.拱形曲墙隧道的结构计算：（1）假定弹性抗力为镰刀形分布，拱形曲墙式衬砌的计算模型为墙角弹性固定而两侧受周围约束的无铰拱;（2）通过h点的变形协调条件计算弹性抗力σh;(3)计算主动荷载作用下衬砌的内力;(4)σh=1时衬砌的内力(5)求出最大抗力值σh(6)用叠加的方法求出衬砌内任一点的内力。7.什么是围岩的一、二

4、、三次应力场？简述用弹性力学法求解围岩二、三次应力场的方法。(1)、地层中的原始初应力场为一次应力场；隧道开挖后，经应力重分布，洞室周围的应力状态为二次应力状态，此时的应力场称为二次应力场；衬砌修筑后，周围地层的变形必然受到衬砌结构的约束，应力又重新分布，这时的应力场称为三次应力场。(2)、围岩初始应力场与洞室开挖引起的扰动应力场叠加得到二次应力场。(3)、衬砌修筑后，衬砌对围岩产生弹性抗力，由弹性抗力产生的应力分量和二次应力场叠加就得到三次应力场。8、用有限元计算隧道结构时，常用的单元类型有哪些？各自模拟什么？(1)、线单元、面单元

5、、体单元。(2)用线性杆单元模拟锚杆，用梁单元模拟喷射混凝土，用面单元和体单元模拟隧道平面围岩和空间围岩体，用夹层大单元模拟节理等。9.简述在空间理论中，求解矩形隧道的方法。(1)假设矩形隧道为弹性地基上的无限长梁，用弹性地基梁理论计算出在顶部荷载作用下的地基反力，以及隧道结构的纵向内力。(2)将隧道看做是由板组成的无限长箱形结构，按两边简支无限长板的计算原理，分别计算出在法向荷载及支座力矩作用下各板的挠度，并将其叠加，即得到各板的挠度表达式。(3)由各板在相交棱边处的转角连续条件确定支座力矩值。(4)将支座力矩值代入各板的挠度表达式

6、，得到各板的最终挠度。(5)对挠度分别求二阶和三阶导数，得到各板的内力。10.反分析的目的是什么？画出位移反分析在岩土工程中的应用框图。用反分析法来求解隧道工程问题，通过量测有限点的位移或应力，根据建立的数学力学模型，来反推整个工程区域的初始力学量。11.矩阵位移与力法比较：矩阵位移法的基本思想和计算步骤与矩阵力法相同，不同的只是用未知节点位移代替了未知节点力，用单元刚度矩阵代替了单元柔度矩阵，单元节点力和单元节点位移之间的关系有单元刚度矩阵来确定。作用在结构节点上的外荷载与结构节点位移之间的关系则由结构刚度矩阵确定。