地下结构设计理论与方法及工程实践PDF电子书下载

第1章 海底隧道衬砌结构设计若干技术关键研究 1

1.1 引言 1

1.2 抗外水压力海底隧道围岩最小覆盖层厚度研究 1

1.2.1 研究内容和目的 1

1.2.2 最小覆盖层厚度和围岩压力计算 2

1.2.3 海底隧道的最小覆盖层厚度 3

1.2.4 海底隧道围岩压力 12

1.2.5 对海底隧道渗水围岩承载圈的论证 28

1.2.6 本节小结 30

1.3 海底隧道围岩抗力系数的理论分析及其设计应用 31

1.3.1 研究意义和内容 31

1.3.2 围岩抗力系数的理论与方法 33

1.3.3 利用有限环理论的围岩抗力系数计算 34

1.3.4 海底隧道各区段围岩抗力系数计算 39

1.3.5 本节小结 51

1.4 海底隧道钢筋混凝土衬砌结构的限裂设计与分析 52

1.4.1 概述 52

1.4.2 海底隧道钢筋混凝土衬砌结构的限裂设计 55

1.4.3 海底隧道钢筋混凝土衬砌裂缝控制 69

1.4.4 本节小结 78

1.5 海底隧道衬砌结构运营期可靠性研究 80

1.5.1 概述 80

1.5.2 海底隧道运营期可靠性分析 93

1.5.3 对研究方法变更的说明及运营期隧道可靠性监测 111

1.5.4 本节小结 112

1.6 海床下岩体风化囊区段考虑围岩流变时效特性的数值分析 117

1.6.1 概述 117

1.6.2 海底隧道穿越风化囊区段围岩的流变属性 118

1.6.3 海底隧道围岩-衬护系统相互作用的流变时效数值分析 121

1.6.4 本节小结 137

参考文献 138

第2章 越江软基盾构法隧道管片衬砌结构纵向三维数值分析 141

2.1 引言 141

2.1.1 问题的提出 141

2.1.2 研究内容与预期成果 142

2.2 盾构法隧道管片衬砌结构纵向分析计算的理论和方法 142

2.3 越江软基盾构法隧道管片衬砌结构的纵向数值分析计算 144

2.3.1 基于双面弹性地基梁法分析的管片结构纵向沉降缝设置计算 144

2.3.2 计入结构与土体相互作用管片衬砌纵向沉降三维数值计算分析 170

2.4 本章主要结论 197

参考文献 202

第3章 过江盾构法输水隧洞预应力混凝土复合衬砌的相互作用分析 204

3.1 引言 204

3.1.1 问题的提出 204

3.1.2 结构受力特征与复合衬砌力学机理 205

3.1.3 主要研究内容 206

3.2 研究工作的总体考虑和要求 207

3.2.1 管片接头模型的考虑 207

3.2.2 关于管片接头刚度的认识 207

3.2.3 对方案1（不设防水膜），内外衬上下层间的接触单元 208

3.2.4 对加设防水膜方案，考虑内外衬“单独”受力情况 209

3.2.5 按折线多边形双层叠合框架梁模拟计算 209

3.2.6 二次内衬施加预应力的计算 210

3.2.7 温度应力计算时的各项基础资料 210

3.2.8 复合衬砌接触界面的数值模拟 210

3.2.9 其他相关方面的问题 210

3.2.10 内衬施加预应力阶段，内衬与外衬管片的联合受力问题 211

3.2.11 对几处尚待商榷问题的进一步认识 212

3.3 工况1：单层管片圆环独自受力工况 213

3.3.1 计算条件 213

3.3.2 荷载及土层参数 213

3.3.3 管片接头力学性能 214

3.3.4 计算结果分析 214

3.4 工况2：预应力钢绞线有效应力计算 217

3.4.1 概述 217

3.4.2 内衬预应力张拉阶段工况计算 217

3.5 工况3：单层管片的初始状态计算 223

3.5.1 计算条件 223

3.5.2 计算结果分析 223

3.6 工况4：复合衬砌隧洞内全压通水运营工况，结构选型方案1，第一种工作条件 225

3.6.1 计算条件 225

3.6.2 计算结果分析 226

3.7 工况4：结构选型方案1，第二种工作条件 231

3.7.1 计算条件 231

3.7.2 管片接头刚度性能参数和层间界面处理 231

3.7.3 计算结果分析 231

3.8 工况4：结构选型方案1，第三种工作条件 237

3.8.1 计算条件 237

3.8.2 计算结果分析 237

3.9 工况4：结构选型方案1，第四种工作条件 242

3.9.1 计算条件 242

3.9.2 计算结果分析 243

3.10 工况4：结构选型方案2，第一种工作条件 246

3.10.1 计算条件 246

3.10.2 计算结果分析 247

3.11 工况4：结构选型方案2，第二种工作条件 251

3.11.1 计算条件 251

3.11.2 管片接头刚度性能参数和层间界面处理 252

3.11.3 计算结果分析 252

3.12 隧洞复合衬砌结构温度应力分析计算 257

3.12.1 概述 257

3.12.2 输水隧洞温度场与热传导问题影响隧洞温度场变化的基本因素 257

3.12.3 隧洞温度场和衬砌结构温度应力计算 258

3.13 本章主要结论 269

附录：对设计方所提问题的回复意见 271

参考文献 273

第4章 过江输水隧道盾构始发深大竖井结构静动力分析 275

4.1 引言 275

4.2 竖井施工期及充水期三维静力分析 275

4.2.1 工程概况及研究方法 275

4.2.2 三维有限元计算模型 279

4.2.3 三维有限元计算成果及分析 283

4.2.4 计算结果和建议 289

4.3 竖井内弯管结构三维静力分析 291

4.3.1 内水压力作用下弯管应力计算 292

4.3.2 弯管温度应力计算 295

4.3.3 不利荷载组合工况的弯管应力计算 296

4.3.4 弯管结构应力计算成果汇总 298

4.3.5 上弯头截面弯矩计算 301

4.3.6 弯管结构计算分析结果评价 303

4.4 竖井内弯管结构三维抗震动力计算 304

4.4.1 概述 304

4.4.2 竖井内弯管结构的抗震拟静力计算分析 306

4.4.3 竖井内弯管结构的抗震动力计算分析 311

4.5 本章主要结论 315

参考文献 315

第5章 大型地下水封储油洞库硬岩块体稳定分析与渗流控制 316

5.1 引言 316

5.2 水封岩洞储油库工程概述 318

5.2.1 地质构造 318

5.2.2 水文地质条件 318

5.2.3 场区初始地下水渗流场分析 318

5.3 水封岩洞储油库洞室围岩块体稳定性分析 321

5.3.1 概述 321

5.3.2 赤平投影解析法略述 322

5.3.3 硬岩可动块体的稳定性判别 324

5.3.4 隧道围岩稳定性块体分析 329

5.3.5 计算成果 345

5.4 水封岩洞储油库地下水渗流控制研究 345

5.4.1 水封岩洞储油库渗流控制的理论和方法 346

5.4.2 水封岩洞储油库围岩地下水渗流量计算 350

5.4.3 三维洞室围岩渗流场分析 354

5.4.4 水幕系统评价 360

5.4.5 储油洞库水封效果评价 382

5.5 本章主要结论 382

第6章 桥梁桩基群桩效应及其承载力与沉降研究 385

6.1 引言 385

6.2 竖向荷载下桩基工作性状及其影响因素 386

6.2.1 竖向荷载下单桩的荷载传递性状 386

6.2.2 竖向荷载下群桩的工作性状 388

6.2.3 桩基沉降计算理论与方法 389

6.3 考虑群桩效应的桩基竖向承载力研究 398

6.3.1 确定群桩效应系数η的方法 398

6.3.2 某大桥群桩基础受力分析 400

6.4 考虑群桩效应的桩基沉降研究 409

6.4.1 竖向荷载作用下桩基沉降随时间的发展 410

6.4.2 考虑加筋效应的群桩沉降计算 417

6.5 某大桥桩基工程实例分析 420

6.5.1 工程概况 420

6.5.2 桩顶竖向荷载水平及土体参数选取 422

6.5.3 群桩沉降计算结果与分析 423

6.6 本章主要结论 426

第7章 桥梁桩基三维非线性抗震动力分析与试验 429

7.1 引言 429

7.1.1 问题的提出 429

7.1.2 土体与结构动力相互作用的研究方法 430

7.2 地基土的无限域模拟研究 435

7.2.1 概述 435

7.2.2 映射无限单元 437

7.2.3 改进的ABAQUS动力无限元人工边界 441

7.2.4 算例分析 444

7.3 大桥塔墩地基场域地震安全性分析 446

7.3.1 场地工程地质条件 447

7.3.2 主塔基岩地震动加速度时程分析 448

7.3.3 场地地震动效应 451

7.3.4 砂土地震液化判别 454

7.4 桩基振动台试验研究 457

7.4.1 试验设备简介 457

7.4.2 振动台试验模型 457

7.4.3 简谐波激励工况分析 459

7.4.4 某大桥工程场域地震波激励工况分析实例 463

7.5 “地基土-群桩-悬索桥”体系抗震动力相互作用分析 466

7.5.1 概述 466

7.5.2 ABAQUS有限元程序软件简介 466

7.5.3 各部分计算参数的确定 472

7.5.4 各部分计算模型的确定 479

7.5.5 桩、土接触界面分析方法 481

7.5.6 输入地震波特征 481

7.5.7 模型加载情况 483

7.5.8 计算范围及网格划分 483

7.5.9 地基土自重应力平衡分析 484

7.5.10 “地基土-群桩-悬索桥”体系动力特性分析 485

7.5.11 “地基土-群桩-悬索桥”体系静、动力共同作用 487

7.6 本章主要结论 542

第8章 中等烈度地震江床浅层砂土局部液化及对桩基工程的影响研究 549

8.1 引言 549

8.2 饱和砂土动力特性试验 550

8.2.1 土体不同有效固结压力试验 550

8.2.2 土体不同细粒含量试验 554

8.2.3 细粒含量对砂土动力特性影响的机理 556

8.3 饱和砂土动孔压演化特性试验 559

8.4 饱和砂土局部液化后大变形试验 566

8.4.1 饱和砂土局部液化后其强度与变形特性试验 566

8.4.2 饱和砂土局部液化后其强度与变形特性分析 572

8.4.3 模型验证 574

8.5 考虑砂土局部液化影响的桩土动力相互作用分析 577

8.5.1 基于FLAC 3D软件的砂土液化非线性动力分析方法 577

8.5.2 考虑砂土局部液化影响的桩土动力相互作用算例 578

8.6 砂土局部液化后大桥地基侧向大变形对桩基的影响 587

8.6.1 水平荷载作用下大桥群桩的受力性状与计算 587

8.6.2 砂土局部液化后地基侧向大变形对桩基的影响 589

8.6.3 砂土局部液化后大桥桩基侧向大变形作用算例 592

8.7 工程实例分析 597

8.7.1 工程概况 598

8.7.2 地震砂土液化期间桩土体系动力相互作用分析 599

8.7.3 砂土局部液化后地基侧向大变形对大桥桩基的影响 604

8.8 本章主要结论 606

第9章 地下工程施工变形的智能预测与控制 608

9.1 引言 608

9.2 人工智能化方法基本理论简介 610

9.2.1 人工神经网络（ANN） 610

9.2.2 遗传算法 615

9.2.3 模糊逻辑控制 617

9.3 岩土工程施工变形预测与控制的智能方法 618

9.4 地铁隧道盾构掘进施工变形的智能预测与控制研究 621

9.4.1 地铁盾构市区施工的环境土工问题 621

9.4.2 地铁盾构隧道施工变形的智能预测与控制 623

9.4.3 盾构隧道施工多媒体视频监控技术及其实施 626

9.5 悬索大桥锚碇深基坑施工变形的智能预测与控制研究 630

9.5.1 某悬索大桥锚碇深基坑工程概况 630

9.5.2 工程地质条件 631

9.5.3 神经网络预测模型的建立及其应用 635

9.5.4 锚碇基坑变形的智能预测 637

9.5.5 锚碇基坑变形的控制研究 642

9.6 城市地道工程管幕-箱涵顶进施工变形的智能预测研究 646

9.6.1 工程概况 646

9.6.2 人工神经网络预测模型建立 652

9.6.3 预测成果分析 654

9.7 本章主要结论 659

第10章 悬索大桥锚碇结构数值计算与土工参数流变试验 662

10.1 引言 662

10.2 某悬索大桥圆形深大基坑工程的动态施工反演与变形预测 662

10.2.1 概述 662

10.2.2 参数敏感性分析及反演参数的确定 663

10.2.3 基于进化智能的动态施工反演分析及变形预测 670

10.3 某悬索大桥圆形深大基坑围护结构（地下连续墙和内衬）内力反演分析 676

10.3.1 钢筋应力计监测点布置 676

10.3.2 围护结构的内力反演公式 676

10.3.3 内力反演结果 677

10.3.4 内衬内力变化的特点 678

10.3.5 地下连续墙内力变化的特点 680

10.3.6 施工因素与非施工因素对内力影响规律性的认识 681

10.3.7 不同工况水土压力与变形变化的对比分析 683

10.3.8 三维变形计算结果分析 689

10.4 某悬索大桥矩形锚碇深基坑岩土介质室内流变试验 690

10.4.1 工程概况 690

10.4.2 锚碇基坑土体流变室内试验 691

10.4.3 锚碇基坑岩石流变室内试验 698

10.5 某悬索大桥矩形锚碇地下连续墙围护-支撑结构考虑岩土流变特性的黏弹性数值分析 703

10.5.1 概述 703

10.5.2 考虑土体流变特性有限元法的计算原理和方法 703

10.5.3 计算结果分析 705

10.5.4 考虑土体流变计算值与按规范设计值及与施工监测值的对比分析 707

10.5.5 深大基坑施工期间支撑内力与墙体位移的影响因素分析 710

10.6 某悬索大桥矩形锚碇深基坑支护监测 711

10.6.1 深大基坑的监测内容 711

10.6.2 深大基坑监测实施 711

10.6.3 监测结果分析 715

10.7 本章主要结论 716

第11章 悬索大桥选用多个根键式小沉井的组合式锚碇方案初探 719

11.1 引言 719

11.2 根键式沉井基础构造 719

11.3 对锚碇沉井基底和侧周土体流变属性的考虑 722

11.3.1 对群井式锚碇受力性态的评价 722

11.3.2 对采用根键式小沉井方案的基本构想 722

11.4 带根键沉井群锚碇基础力学性态的三维数值分析 723

11.4.1 概述 723

11.4.2 基本数据资料 723

11.4.3 计算荷载 724

11.4.4 按线弹性土体的井群三维最大、最小主应力计算 725

11.4.5 沉井沿主桥一侧井壁前方土体流变的初步判识 730

11.4.6 承台顶中心点和锚座散索鞍处的水平位移 730

11.4.7 考虑土体蠕变井群式锚碇基础结构的黏弹性分析计算 733

11.5 根键式沉井群的受力性态框算 739

11.5.1 根键式群井的受力特性 739

11.5.2 考虑根键作用的沉井竖向计算 740

11.5.3 沉井基底平面土层竖向应力框算 742

11.5.4 考虑根键作用的沉井水平向应力框算 746

11.6 本章主要结论 749

第12章 飞机跑道软基土沉降的固结与流变耦合三维黏弹塑性分析 751

12.1 引言 751

12.1.1 问题的提出 751

12.1.2 工程概况 752

12.1.3 主要研究内容 753

12.2 饱和软土的固结流变理论及其有限元法解析 754

12.2.1 饱和软土的Biot固结理论 754

12.2.2 饱和软土流变模型理论 757

12.2.3 饱和土体线性流变的组成及其增量表示 759

12.2.4 饱和软土黏弹塑性Biot固结有限元法方程 761

12.2.5 地下水渗流场与应力场耦合问题的有限元法解析 766

12.2.6 饱和软土固结——流变耦合有限元法程序设计 772

12.3 饱和软土地基变形数值模拟 776

12.3.1 机场跑道工程实例概况 776

12.3.2 地基堆载预压有限元法分析 776

12.3.3 有限元法计算结果分析 779

12.4 机场跑道结构层地基梁／板数值分析实例 789

12.4.1 不考虑固结-流变耦合效应的弹性地基梁法 789

12.4.2 考虑流变作用的黏弹性地基板法数值分析 791

12.5 本章主要结论 795

附录 作者近年来在各地重大桥、隧工程评审会议上的书面意见等摘引 798

附1 港珠澳大桥岛隧工程 798

1.1 第一次会议 798

1.2 第二次会议 803

1.3 第三次会议 805

1.4 第四次会议 806

1.5 第五次会议 810

1.6 第五次会议个人意见（会后补写） 812

1.7 第六次会议 816

附2 青岛胶州湾海底隧道工程 821

2.1 悠悠岛湾水，依依忆念情 821

2.2 个人书面意见 824

附3 琼州海峡跨海工程 829

3.1 工程建设的风险、主客观不利因素和成功实施的可行性 829

3.2 地质条件 830

3.3 海床桥基和隧洞设计施工的技术特色和若干关键方面的认识 831

3.4 工程实施的可行性和方案取舍 831

3.5 多种桥、隧方案和铁、公路单建／合建方案的比选 832

3.6 铁、公路跨海峡通道的建设时机问题 833

3.7 隧道内交通运输工具的选择 834

3.8 特长隧道通风系统结构布置措施 834

3.9 海峡隧道工程的安全设计与安全作业 834

3.10 工程风险评估 835

附4 深圳—中山市珠江通道工程 835

4.1 方案研究 835

4.2 工程可行性研究 837

附5 南京纬三路过江隧道工程 840

5.1 北京研讨会议 840

5.2 隧道盾构穿越复合地层和粉砂岩将遇到的问题和困难及其应对措施 844

附6 长沙市劳动西路湘江隧道工程 848

6.1 基本意见 848

6.2 对几个重点技术关节的说明 849

6.3 结合湘江隧道情况，再谈一点具体意见 851

附7 浙江省诸永高速公路两座长隧道运营期防火、排烟方案 852

7.1 对大比尺火灾排烟模型试验的看法 852

7.2 不建议改用设置顶隔板排烟方案的理由分析 853

7.3 不赞同进行火灾排烟方案试验的理由分析 855

7.4 对建议仍沿用长隧道自身作为火灾排烟方案的再认识 856

附8 临汾至吉县高速公路隧道穿越下伏煤矿采空区的工程处治 858

8.1 A线隧道方案优于E线隧道方案 858

8.2 关于对隧道下伏煤层采空区的加固整治 859

8.3 关于探明采空区范围及剩余煤层范围的多种手段和方法 859

8.4 关于采空区稳定性分析和“三带”问题 860

8.5 关于对采空区的合理加固宽度和巷道加固措施 861

8.6 关于围岩加固处治方法 862

8.7 提请注意的其他方面问题 862

附9 青岛市地下铁道工程 863

9.1 地面沉降过大原因 863

9.2 在当前初支施工方面存在的问题与不足 863

9.3 沉降控制的应对措施 863

附10 风化岩含水地层某浅埋暗挖隧道掘进的地面沉降 864

10.1 沉降过大问题 864

10.2 施工降水引起的沉降 865

10.3 以青岛地铁为例，对其沉降分析及工程处治的建议 865

10.4 “微扰动”注浆工艺 867

附11 浙江省海宁钱江隧道建设技术访谈录 868

11.1 建设钱江隧道缘起 868

11.2 强涌潮条件下的盾构施工：作业面的稳定是工程成败的关键 869

11.3 大盾构在井内整体“华丽转身”：充分利用旧盾构机.顺利平移、调头 870

11.4 多个施工亮点终成“地下巨龙” 870

11.5 地下空间的有效开发和利用，让生活更美好 872

附12 厦门第二西通道工程可行性研究 872

附13 汕头市苏埃“大直径盾构海底隧道管片衬砌结构抗震性能”专家评审个人意见 874

附14 对拟建舟山海底隧道的一点浅见 876

附15 苏通大桥工程评审意见 877

15.1 第一次会议 877

15.2 第二次会议 879

15.3 第三次会议 882

15.4 苏通大桥施工图审查会议 884

附16 沪通大桥工程方案评审 887

16.1 关于“主航道桥桥型方案”研究 887

16.2 关于“大桥主梁”研究 889

16.3 关于“斜拉桥的极限跨度”研究 890

附17 广西龙门大桥初部设计评审 891

17.1 大桥设计特点和需关注的问题 891

17.2 关于斜拉桥方案 892

17.3 台风期内架设钢箱梁问题 892

17.4 大跨主缆和跨缆吊机施工时的抗风稳定性 893

17.5 关于主缆和吊索（高强钢丝材质）的应力水平和截面设计问题 893

17.6 关于改善大跨悬索大桥的行车条件 893

17.7 关于索塔顶端钢锚箱锚固区的设计与试验 894

17.8 钢桥面铺装结构的设计研究 894

17.9 大直径钻孔水下灌注桩 894

17.10 重力式锚碇基础 895

附18 福州市平潭进岛通道工程方案评审意见 895

18.1 关于线位优选问题 895

18.2 关于桥、隧方案比选问题 895

18.3 桥隧结合方案 896

18.4 全隧道方案 896

18.5 公路和铁路同建问题 896

附19 上海国际隧道峰会桥梁／隧道跨越江河湖海的方案比选意见 896

19.1 基本情况 896

19.2 几个可供商榷的问题 897

19.3 结语 899

附20 城市地下空间开发利用的环境岩土问题及其防治 899