中国矿业大学地下工程复习资料doc.docx

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第一章绪论

1.地下工程的含义

地下工程：

地下工程是建造在地e环境屮（岩体或土体）的工程结构物；柯广义和狭义地下工程。

2地下空间：

在岩层或土层巾天然形成或经人工开发形成的空间称为地卜空间。

第二章地下建筑结构设计方法

L荷载一结构模型方法：

（1）特征

a）支护结构是承载主体，围岩作为荷载的來源和支护结构的弹性支撑，对支护结构的变形起约朿作用；

b＞支护结构与ra岩的相互作用是通过弹性支撑对支护结构施加约朿来体现，ra岩的承载能力则在确定m岩伍力和弹性支撑的约束能力时叫接地考虑。

（2）适用条件：

主要适用于ra岩闵过分变形而发生松弛和坍塌，支护结构承担闹岩松动压力的情况。

（3）需解决的关键14题：

如何确定作用在支护结构上的主动荷载，即闹岩所产生的松动压力，及弹性支撑给支护结构的弹性抗力。

（4）模型求解方法：

结构力学方法：

力法（矩阵力法）、位移法（矩阵位移法——一维杆系奋限元法）

2.地层一结构模型方法：

（1）特征

a）将支护结构与阑岩视为一体，作为共同承载的结构体系；

b）围岩是直接的承载单元，支护结构只是用來约束和限制围岩的变形。

（2）适川条件：

是0前地5结构体系设计屮力求采用或正在发展的模型。

它符合当前的施工技术水平，采用快速和早强的支护技术可以限制ra岩的变形，从而阻止w岩松动压力的产生。

（3）需解决的关键M题

如何确定围岩的初始应力场，以及表示材料不连续、非线性特性的各种参数、岩体木构模型。

（4）模型求解方法：

解析法、数值法（主要为FEM）

3.常用地下结构设计方法及其各自含义

1）工程类比设计法

所谓工程类比设计法，就是以已往地下工程支护结构设计与施工的资料和经验为菽础，以围岩分级为前提，以计算分析为必要的辅助，以施丄过程的监控呈测和信息反馈为指导的方法体系。

2）容许应力设计法

以结构构件截面计算应力不大于规定的材料容许应力的原则（图c）,进行结构构件设计计算的方法。

3）破损阶段设计法

考虑结构材料破坏阶段的工作状态（阁d）进行结构构件设计计算的方法。

4）概率极限状态设计法

以概率理论为基础，以防止结构或构件达到某种功能要求的极限状态作为依据的结构设计计算方法。

5）特征曲线设计法

将围岩位移曲线与支护特性曲线放在同一叱标系统上来考察，利用M岩与支护共同作用特性来选择支护参数的方法叫作特征曲线法（又称为收敛约朿法）。

4.地下结构的受力特点

主要特点：

地下结构的围岩既是作用于支护结构上的荷载來源，乂与支护结构共同构成承载体系。

（1）除了承受使用荷载之外，地下结构还要承受周围岩土体和地卜水的作用，而且后者往往构成地下结构的主耍荷载；

（2）地卜结构的围岩既是荷载的来源，乂可以在某些情况下与结构共同作用形成承载

体系；

（3）地下水对结构的力学作用与岩土组成、地下水流场及结构防水系统等因素相关；

（4）地卜结构埋深足够人时，山于地层的成拱效应，结构承受的围岩竖向应力总是小于其上覆地层A重压力；

（5）地卜结构的受力可能受到结构与围岩相互作用及施工过程的显著影响；

（6）地卜结构的荷载其有吋空效应。

5.围岩压力的概念

围岩压力：

足指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作川力。

仑包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。

从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。

在工程屮一般研究狭义的围岩压力。

围岩压力的分类：

围岩压力可分为围岩乖直压力、围岩水平压力及围岩底部压力。

6.自然拱的形成及其范围大小的影响因素

然拱的范围的人小受围岩地质条件、支护结构架设吋间、刚度以及它与围岩的接触状态等影响，还取决于以卜诸因素：

（1）隧道的形状和尺寸：

隧道拱圈越平坦，跨度越人，则自然拱越高，围沿松散丛力也越

大;

⑵隧道的埋深：

实践证明，只奋当隧道埋深超过某一临界值吋，才宥可能形成£1然拱。

习惯上称这种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道。

山于浅埋隧道不能形成自然拱，所以，它的m岩压力的人小与埋置深度直接相关。

⑶施工因素：

如爆破所产生的震动，常常是引起塌方的重要原因之一，造成围岩压力过大，乂如分部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大自然拱范围。

7.围岩分级方法

围岩级別的划分，应根据岩石坚硬性、岩体完整性、结构而特征、地卜水和地应力状况等W素综合确定。

定性分析主要因素乜括：

岩体结构；构造影响程度，结构面发育情况和组合状态。

定景指标主要包拈：

单轴饱和抗压强度人、点荷载强度/5C50）＞岩体纵波速度Vpw、岩体完整性指标仏/、岩体强度应力比心。

第三章喷锚支护设计

1.喷锚支护的基本概念

锚支护指的是借尚压喷射水泥混凝土和打入岩层屮的金屈锚杆的联合作川（根据地质情况也可分别单独采用）加固岩层，分为临吋性支护结构和永久性支护结构。

2.常见锚杆的结构类型

—

涨壳式锚杆

倒楔式锚杆

P机械锚固型一

木锚杆

竹锚杆

一1树脂锚杆

集中埔头锚固类

锚杆类型

快硬水泥锚杆

压續木锚杆管缝式锚杆

全长锚固类

水力膨胀式锚杆

全长树脂锚杆

粘结锚固型

全长水泥锚杆

钢筋砂浆锚杆

钢丝绳砂浆锚杆

3.悬吊理论分析设计法

悬吊理论认为锚杆的作用是将k部不稳定的岩层悬m在上部稳定的岩层中，阻止软弱破碎岩层垮落。

悬吊理论只考虑了锚杆的被动抗拉作用，根据不稳定岩层厚度计算锚杆长度，根据锚杆悬吊的不稳定岩层重量计算锚杆直径和间距。

4.组合梁理论分析设计法

组合梁理论认为，在层状岩层中，锚杆的作川是提供轴向和切向约朿，阻止岩层产生离层和相对滑动，将若T•溥岩层锚固成-个较厚的岩层，形成组合梁。

与不锚固岩梁相比，组合梁的最大弯曲应变和应力都将大大减少，从而提高巷道顶板的稳定性。

通过计算组合梁所必需的准载能力确定锚杆支护参数。

5.加固拱理论分析设计法

加固拱理论认为，在锚杆锚凼力作用下，每根锚杆周围形成一个W义•带圆锥的简状压缩区，各锚杆所形成的压缩区彼此联成一个一定厚度的加凼拱（或均匀压缩带）。

该拱（带）具奋较人的承载能力和-•定的可缩性，能够起到奋效支护巷道的作川。

根据所需加固拱的厚度计算锚杆参数。

6.喷锚支护中喷射混凝土的作用

（1）支撑作用。

喷射混凝土支护具有以好的物理力学性能。

特别是抗压强度较高，讨达

200kg/Cm2以上，因此能起支撑地压作用。

乂因其中掺有速凝剂，使混凝土凝结快，¥期强度高，紧跟掘进工作面起到及吋支撑围岩的作用，有效地控制了围岩的变形和破坏。

应用动态信息设计法进行锚喷支护设计应考虑的主要原则

（2）充填作川。

由于喷射速度很高，混凝土能及时地充填围岩的裂隙、节理和凹穴的岩石，大大提高了围岩的强度。

（3）隔绝作用。

喷射混凝土层封闭了围岩表面，完全隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化潮解而引起的围岩破坏与剥落加:

］时，山于围岩裂缝中充填了混凝土，使裂隙深处原有的充填物不致因风化作用而降低强度，也不致因水的作用血使得原有的充填物流失，使围岩保持原有的稳定和强度。

（4）转化作川。

由于前三个作川的结果，不仅提髙了围岩的tl身支撑能力，而且使混凝土层与围岩形成了一个共同工作的力学统-体，具有把岩苍荷载转化为岩石承载结构的作用。

从根本上改变了支架消极承压的弱点。

7.应用动态信息设计法进行锚喷支护设计应考虑的主要原则

1一次支护原则

锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。

2高预应力和预应力扩散原则

预应力是锚杆支护的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的重要参数，

只奋高预应力的锚杆支护才足真正的主动支护。

一方面，要采取旮效措施给锚杆施加较人的预应力；另一方面，通过托板、钢带、金属网等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚凼体的整体刚度与完整性。

3“三高一低”原则

即商强度、商刚度、尚■靠性与低支护密度原则。

在提尚锚杆强度与支护整体刚度，保证支护系统可靠性条件K,降低支护密度，减少单位面积上的锚杆数量，提高掘进速度。

4临界支护刚度与强度原则

锚杆支护系统存在临界支护刚度与强度，如果支护刚度与强度低于临界伉，驻道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。

5相S匹配原则

锚杆各构件，包拈托板、螺母、钢带等的参数与力学性能庖相亙匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

6均衡支护原则

根据巷道各部位的受力情况，应做到顶板和两帮各部位均衡支护，防止巷道先从某个部位破坏，影响巷道支护整体稳定性。

7可操作性原则

捉供的锚杆支护设计应具冇町操作性，冇利于井下施工管理和掘进速度的提高。

8降低巷道支护综合成本原则

在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行，施工上可操作的条件K,做到经济合理,有利于降低巷道支护综合成本。

笫四章基坑丄程

1.基坑的含义及安全等级划分

基坑（foundationpit）在建造圳置深度较大的基础或地下工程吋，往往需要进行较深的土方开挖，这个由地面向卜*开挖的地卜*空间称为基坑。

按安全等级分：

《基坑规程》将基坑支护结构分为三个安伞等级

安全等级

破坏后果

一级

支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响很严重

二级

支护结构失效、土体过大变形对难坑周边环境或主体结构施工安全的影响严重

三级

支护结构失效、土体过大变形对基坑周边环境或主体结构施工安全的影响不严重

2.基坑工程的功能要求有哪些

1）挡土功能

2）止水功能

3）作为地下结构外墙的使用功能

3.土钉支护施工工艺流程

⑴开挖工作而：

土钉支护应自上而下分段分层进行，分层深度视土层情况ifii定，工作而宽度不宜＜6m，纵4长度不宜＜10m。

⑵喷射第一层砼：

为防止土体松弛和崩解，须尽快做第一层喷射砼，厚度不宜＜40〜50mm。

喷射砼水泥川量水400kg/m。

⑶土针成孔：

土紅成孔宜役70〜120mm、向H顷角15〜200，成孔方?

去和工艺山承商根据土®条件、设备和经验而定。

⑷安设土钉、注浆：

土钉有单杆和多杆之分，单杆多为0＞22〜32mm的粗螺纹钢筋，多杆一般为2〜4根（P16mm钢筋。

采用灰浆泵注浆，土钉注浆可不加压。

⑸挂钢筋网、喷射砼面层：

钢筋网通常直径0＞6〜10、间距200〜300mm,与土钉连接牢固。

钢筋与笫一层喷射砼的间隙水20mm。

设置双层钢筋网时，笫二层钢筋网应在笫一层钢筋网被覆盖后铺设。

砼而板厚度50〜lOOmnu

4.深层水泥搅拌桩、SMVV工法、高压旋喷桩、粉喷桩等重力式支护结构的含义

1）、深层搅拌桩支护

含义：

深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地®将软土或沙等和固化剂强制拌和，使软基硬结而提高地基强度。

该方法适用丁软®处理，效果敁著，处理fe"nJ成桩、墙等。

适用情况：

适用于处理淤泥、砂上、淤泥质土、泥炭上和粉土。

当用丁处理泥炭土或地卜‘水具有侵蚀性吋，应通过试验确定其适用性。

性、水稳性和一定强度优质地基的方法。

适川范围：

加固淤泥、淤泥质土、粉土和含水暈较高的粘性土。

5.土钉墙的含义

天然土体通过钻孔、插筋、注浆來设置土钉（亦称砂浆锚杆）并与喷射砼而板相结合，形成类似重力挡墙的土钉墙，以抵抗墙后的土压力，保持开挖面的稳定。

也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。

6.土钉墙特点及其适用范围

（1）形成上钉fi合体、兄著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载能力。

（2）施丄设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多