隧道力学的基本概念与计算模型.ppt

1、隧道力学的基本概念与计算模型本讲主要内容：1、隧道力学的基本概念2、隧道工程的特点及主要结构型式3、隧道力学的研究内容4、隧道力学的发展历史5、隧道结构的力学计算模型6、初始地应力场及隧道结构荷载形式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华1 1、隧道力学的基本概念、隧道力学的基本概念 众所周知，隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不众所周知，隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不众所周知，隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不众所周知，隧道工程所处的环境条件与地面工程是全然不同的，但长期以来都沿用适应于地面工程的理论和方法来解

2、决同的，但长期以来都沿用适应于地面工程的理论和方法来解决同的，但长期以来都沿用适应于地面工程的理论和方法来解决同的，但长期以来都沿用适应于地面工程的理论和方法来解决隧道过程中所遇到的各种问题，因而常常不能正确的阐明隧道隧道过程中所遇到的各种问题，因而常常不能正确的阐明隧道隧道过程中所遇到的各种问题，因而常常不能正确的阐明隧道隧道过程中所遇到的各种问题，因而常常不能正确的阐明隧道工程出现的各种力学现象和过程，使得隧道工程长期处于工程出现的各种力学现象和过程，使得隧道工程长期处于工程出现的各种力学现象和过程，使得隧道工程长期处于工程出现的各种力学现象和过程，使得隧道工程长期处于“经经经经验设计验设

3、计验设计验设计”和和和和“经验施工经验施工经验施工经验施工”局面。局面。局面。局面。目前隧道工程正朝着目前隧道工程正朝着目前隧道工程正朝着目前隧道工程正朝着“信息化设计、信息化施工信息化设计、信息化施工信息化设计、信息化施工信息化设计、信息化施工”的目标的目标的目标的目标迈进，在隧道与地下工程由迈进，在隧道与地下工程由迈进，在隧道与地下工程由迈进，在隧道与地下工程由“经验经验经验经验”到到到到“科学科学科学科学”的转变过程中，的转变过程中，的转变过程中，的转变过程中，隧道力学将起着重要的主导作用隧道力学将起着重要的主导作用隧道力学将起着重要的主导作用隧道力学将起着重要的主导作用。第第1 1讲讲

4、 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型基本概念基本概念土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华1 1、隧道力学的基本概念、隧道力学的基本概念 隧道力学隧道力学隧道力学隧道力学(Tunnel mechanics)(Tunnel mechanics)(Tunnel mechanics)(Tunnel mechanics)是是是是岩土力学的一个重要组成岩土力学的一个重要组成岩土力学的一个重要组成岩土力学的一个重要组成部分部分部分部分。随着各种类型的地下结构物包括隧道。随着各种类型的地下结构物包括隧道。随着各种类型的地下结

5、构物包括隧道。随着各种类型的地下结构物包括隧道 (洞洞洞洞)、地下铁道、地下铁道、地下铁道、地下铁道、地下洞室、地下厂房、地下街道等在世界各地大量兴建，作为地下洞室、地下厂房、地下街道等在世界各地大量兴建，作为地下洞室、地下厂房、地下街道等在世界各地大量兴建，作为地下洞室、地下厂房、地下街道等在世界各地大量兴建，作为地下结构物设计理论基础的隧道力学日益显示出其重要性兼地下结构物设计理论基础的隧道力学日益显示出其重要性兼地下结构物设计理论基础的隧道力学日益显示出其重要性兼地下结构物设计理论基础的隧道力学日益显示出其重要性兼之过去数十年间地下结构理论有了很大发展，隧道力学从岩土之过去数十年间地下结

6、构理论有了很大发展，隧道力学从岩土之过去数十年间地下结构理论有了很大发展，隧道力学从岩土之过去数十年间地下结构理论有了很大发展，隧道力学从岩土力学中划分出来成为一门独立学科的条件业已成熟。力学中划分出来成为一门独立学科的条件业已成熟。力学中划分出来成为一门独立学科的条件业已成熟。力学中划分出来成为一门独立学科的条件业已成熟。隧道力学隧道力学隧道力学隧道力学是以岩体力学、工程地质学、结构力学、弹塑性是以岩体力学、工程地质学、结构力学、弹塑性是以岩体力学、工程地质学、结构力学、弹塑性是以岩体力学、工程地质学、结构力学、弹塑性力学、以及建筑材料和结构设计原理为基础的一门综合性的边力学、以及建筑材料和

7、结构设计原理为基础的一门综合性的边力学、以及建筑材料和结构设计原理为基础的一门综合性的边力学、以及建筑材料和结构设计原理为基础的一门综合性的边缘学科。缘学科。缘学科。缘学科。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型基本概念基本概念土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（1 1）隧道工程的特点）隧道工程的特点1 1)荷载的模糊性荷载的模糊性荷载的模糊性荷载的模糊

8、性2 2)围岩物理力学参数难以准确获得围岩物理力学参数难以准确获得围岩物理力学参数难以准确获得围岩物理力学参数难以准确获得3 3)围岩围岩围岩围岩支护结构支护结构支护结构支护结构承载体系承载体系承载体系承载体系 围岩不仅是荷载，同时又是承载体；围岩不仅是荷载，同时又是承载体；地层压力由围岩和支护结构共同承受；地层压力由围岩和支护结构共同承受；充分发挥围岩自身承载力的重要性。充分发挥围岩自身承载力的重要性。4 4)设计参数受施工方法和施作时机的影响很大设计参数受施工方法和施作时机的影响很大设计参数受施工方法和施作时机的影响很大设计参数受施工方法和施作时机的影响很大 5 5)隧道与地面结构受力的不

9、同点隧道与地面结构受力的不同点隧道与地面结构受力的不同点隧道与地面结构受力的不同点围岩抗力的存在围岩抗力的存在围岩抗力的存在围岩抗力的存在土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（2 2）隧道衬砌的类型）隧道衬砌的类型外部支护外部支护 整体式混凝土衬砌整体式混凝土衬砌 砌石衬砌砌石衬砌 拼装式衬砌拼装式衬砌 喷射混凝土支护喷射混凝土支护内部支护内部支护 锚杆锚杆 注浆注浆混合支护混合支护 喷锚

10、支护喷锚支护 复合式衬砌复合式衬砌土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（2 2）隧道衬砌的类型）隧道衬砌的类型1 1）整体式混凝土衬砌）整体式混凝土衬砌土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构

11、型式（2 2）隧道衬砌的类型）隧道衬砌的类型2 2）装配式混凝土衬砌）装配式混凝土衬砌土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（2 2）隧道衬砌的类型）隧道衬砌的类型3)复合式衬砌复合式衬砌土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华1 1）马蹄形）马蹄形第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与

12、结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（3 3）结构型式）结构型式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 2 2）圆形）圆形 3 3）拱形）拱形第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（3 3）结构型式）结构型式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 4 4）双连拱形）双连拱形第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型

13、隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（3 3）结构型式）结构型式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 5 5）矩形及单跨双层结构）矩形及单跨双层结构第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（3 3）结构型式）结构型式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 6 6）单层多跨结构）单层多跨结构第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型

14、隧道力学的基本概念与计算模型隧道的特点与结构型式隧道的特点与结构型式2、隧道工程的特点与主要结构型式（3 3）结构型式）结构型式土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 隧道是处在各种地质环境中的地下结构，因此，它必将受隧道是处在各种地质环境中的地下结构，因此，它必将受隧道是处在各种地质环境中的地下结构，因此，它必将受隧道是处在各种地质环境中的地下结构，因此，它必将受到周围环境的强烈影响。所谓的地质环境包括：地质体的形成到周围环境的强烈影响。所谓的地质环境包括：地质体的形成到周围环境的强烈影响。所谓的地质环境包括：地质体的形成到周围环

15、境的强烈影响。所谓的地质环境包括：地质体的形成及其经历；初始应力场（包括构造应力场在内）；各种地质体及其经历；初始应力场（包括构造应力场在内）；各种地质体及其经历；初始应力场（包括构造应力场在内）；各种地质体及其经历；初始应力场（包括构造应力场在内）；各种地质体的物理的、力学的、构造的和时间的特性及其分类等。科学地的物理的、力学的、构造的和时间的特性及其分类等。科学地的物理的、力学的、构造的和时间的特性及其分类等。科学地的物理的、力学的、构造的和时间的特性及其分类等。科学地认识地质环境对地下结构的影响是正确地进行结构设计和施工认识地质环境对地下结构的影响是正确地进行结构设计和施工认识地质环境对

16、地下结构的影响是正确地进行结构设计和施工认识地质环境对地下结构的影响是正确地进行结构设计和施工的前提。的前提。的前提。的前提。此外，此外，此外，此外，隧道围岩的工程地质分类受到了极大的关注隧道围岩的工程地质分类受到了极大的关注隧道围岩的工程地质分类受到了极大的关注隧道围岩的工程地质分类受到了极大的关注，因为，因为，因为，因为隧道设计的工程类比方法大都是以围岩分类级别为依据的。隧道设计的工程类比方法大都是以围岩分类级别为依据的。隧道设计的工程类比方法大都是以围岩分类级别为依据的。隧道设计的工程类比方法大都是以围岩分类级别为依据的。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计

17、算模型研究内容研究内容3 3、隧道力学的研究内容、隧道力学的研究内容（1 1）隧道地质环境的研究）隧道地质环境的研究土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型研究内容研究内容（2 2）隧道施工过程的动态力学分析）隧道施工过程的动态力学分析 隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要隧道从开挖到初期支护的施作，再到二次衬砌的施作需要一个过程，而且一般的软弱围岩隧

18、道，多采用分部开挖施工方一个过程，而且一般的软弱围岩隧道，多采用分部开挖施工方一个过程，而且一般的软弱围岩隧道，多采用分部开挖施工方一个过程，而且一般的软弱围岩隧道，多采用分部开挖施工方法，不同开挖方法和支护时机对隧道结构体系的稳定性影响很法，不同开挖方法和支护时机对隧道结构体系的稳定性影响很法，不同开挖方法和支护时机对隧道结构体系的稳定性影响很法，不同开挖方法和支护时机对隧道结构体系的稳定性影响很大。大。大。大。隧道施工阶段的力学分析包括：围岩初始应力场和开挖效隧道施工阶段的力学分析包括：围岩初始应力场和开挖效隧道施工阶段的力学分析包括：围岩初始应力场和开挖效隧道施工阶段的力学分析包括：围岩

19、初始应力场和开挖效应；毛洞稳定性分析；初期支护应；毛洞稳定性分析；初期支护应；毛洞稳定性分析；初期支护应；毛洞稳定性分析；初期支护(锚喷和钢拱支护等锚喷和钢拱支护等锚喷和钢拱支护等锚喷和钢拱支护等)和二次支和二次支和二次支和二次支护护护护(衬砌衬砌衬砌衬砌)的受力状态分析；不同施工阶段支护与围岩的相互作的受力状态分析；不同施工阶段支护与围岩的相互作的受力状态分析；不同施工阶段支护与围岩的相互作的受力状态分析；不同施工阶段支护与围岩的相互作用及围岩稳定性分析用及围岩稳定性分析用及围岩稳定性分析用及围岩稳定性分析(包括弹性分析、粘弹性分析、弹塑性分析、包括弹性分析、粘弹性分析、弹塑性分析、包括弹性

20、分析、粘弹性分析、弹塑性分析、包括弹性分析、粘弹性分析、弹塑性分析、弹粘塑性分析、二维和三维模型等弹粘塑性分析、二维和三维模型等弹粘塑性分析、二维和三维模型等弹粘塑性分析、二维和三维模型等)；地下施工引起的地面沉陷；地下施工引起的地面沉陷；地下施工引起的地面沉陷；地下施工引起的地面沉陷等等。等等。等等。等等。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型研究内容研究内容（3 3）隧道使用阶段支护体系的稳定性分析）隧道使用阶段支护体系的稳定性分析 一一一一个个个个完完完完

21、整整整整的的的的支支支支护护护护体体体体系系系系是是是是由由由由周周周周围围围围岩岩岩岩体体体体和和和和支支支支护护护护结结结结构构构构组组组组成成成成的的的的。因因因因此此此此，支支支支护护护护体体体体系系系系的的的的设设设设计计计计必必必必须须须须包包包包括括括括对对对对周周周周围围围围岩岩岩岩体体体体支支支支护护护护效效效效应应应应及及及及支支支支护护护护结结结结构构构构效效效效应应应应的的的的评评评评定定定定。必必必必须须须须正正正正确确确确地地地地确确确确定定定定支支支支护护护护结结结结构构构构与与与与坑坑坑坑道道道道围围围围岩岩岩岩的的的的接接接接触触触触状状状状态态态态及及及及其

22、其其其相相相相 互互互互 作作作作 用用用用 机机机机 理理理理，建建建建 立立立立 两两两两 者者者者 的的的的 相相相相 互互互互 作作作作 用用用用 力力力力 学学学学 模模模模 式式式式。此此此此外外外外，隧隧隧隧道道道道工工工工程程程程各各各各种种种种材材材材料料料料（包包包包括括括括岩岩岩岩石石石石及及及及岩岩岩岩体体体体、混混混混凝凝凝凝土土土土、金金金金属属属属材材材材料料料料等等等等）的的的的性性性性质质质质，尤尤尤尤其其其其是是是是长长长长期期期期性性性性质质质质都都都都与与与与时时时时间间间间有有有有关关关关。因因因因此此此此，构构构构成成成成隧隧隧隧道道道道支支支支护护

23、护护体体体体系系系系的的的的岩岩岩岩体体体体和和和和结结结结构构构构材材材材料料料料也也也也必必必必将将将将受受受受到到到到时时时时间间间间的的的的影影影影响响响响。例例例例如如如如支支支支护护护护结结结结构构构构参参参参与与与与工工工工作作作作的的的的时时时时间间间间、围围围围岩岩岩岩压压压压力力力力的的的的时时时时间间间间效效效效应应应应、岩岩岩岩体体体体或或或或混混混混凝凝凝凝土徐变、流变对应力应变的影响等。土徐变、流变对应力应变的影响等。土徐变、流变对应力应变的影响等。土徐变、流变对应力应变的影响等。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程

24、系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型研究内容研究内容（4 4）隧道结构的动力分析）隧道结构的动力分析 隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程隧道工程的动力分析包括隧道工程的动力性态；隧道工程地震地震地震地震(爆振爆振爆振爆振)反应分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动反应分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动反应分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动反应分析；隧道施工振动与地下交通隧道车辆振动对环境影响分析；列车荷载下上下重叠和

25、交叉隧道的动力响应对环境影响分析；列车荷载下上下重叠和交叉隧道的动力响应对环境影响分析；列车荷载下上下重叠和交叉隧道的动力响应对环境影响分析；列车荷载下上下重叠和交叉隧道的动力响应分析等。分析等。分析等。分析等。土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 现场测试和实验室试验是隧道力学不可缺少的组成部分。现场测试和实验室试验是隧道力学不可缺少的组成部分。现场测试和实验室试验是隧道力学不可缺少的组成部分。现场测试和实验室试验是隧道力学不可缺少的组成部分。设计和施工前的隧址工程地质勘探；施工过程中结构和围岩设计和施工前的隧址工程地质勘探；施

26、工过程中结构和围岩设计和施工前的隧址工程地质勘探；施工过程中结构和围岩设计和施工前的隧址工程地质勘探；施工过程中结构和围岩（包括地面）的变形观测；这是指导施工和设计的重要反馈信（包括地面）的变形观测；这是指导施工和设计的重要反馈信（包括地面）的变形观测；这是指导施工和设计的重要反馈信（包括地面）的变形观测；这是指导施工和设计的重要反馈信息；实验室相似材料模型试验、光弹性模型试验以及离心机模息；实验室相似材料模型试验、光弹性模型试验以及离心机模息；实验室相似材料模型试验、光弹性模型试验以及离心机模息；实验室相似材料模型试验、光弹性模型试验以及离心机模型试验等；运营期间地下结构的静力和动力观测包括

27、长时期的型试验等；运营期间地下结构的静力和动力观测包括长时期的型试验等；运营期间地下结构的静力和动力观测包括长时期的型试验等；运营期间地下结构的静力和动力观测包括长时期的结构变形和应变观测、对地震和车辆振动反应的观测等。现场结构变形和应变观测、对地震和车辆振动反应的观测等。现场结构变形和应变观测、对地震和车辆振动反应的观测等。现场结构变形和应变观测、对地震和车辆振动反应的观测等。现场测试和实验室试验，测试和实验室试验，测试和实验室试验，测试和实验室试验，一方面为地下结构物的设计和计算提供数一方面为地下结构物的设计和计算提供数一方面为地下结构物的设计和计算提供数一方面为地下结构物的设计和计算提供

28、数据，另一方面又是检验设计和计算是否正确性的重要手段据，另一方面又是检验设计和计算是否正确性的重要手段据，另一方面又是检验设计和计算是否正确性的重要手段据，另一方面又是检验设计和计算是否正确性的重要手段。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型研究内容研究内容（5 5）现场测试和室内试验的研究）现场测试和室内试验的研究土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 岩土物理力学性质和本构关系的研究，既是岩土力学工作岩土物理力学性质和本构关系的研究，既是岩土力学工作岩土物理力学性质和本构关系的研究，既是岩土力学

29、工作岩土物理力学性质和本构关系的研究，既是岩土力学工作者的主要任务之一，也应该是隧道力学工作者的一项重要任务。者的主要任务之一，也应该是隧道力学工作者的一项重要任务。者的主要任务之一，也应该是隧道力学工作者的一项重要任务。者的主要任务之一，也应该是隧道力学工作者的一项重要任务。严格地说数值分析结果是否正确，往往取决于所选用的材料严格地说数值分析结果是否正确，往往取决于所选用的材料严格地说数值分析结果是否正确，往往取决于所选用的材料严格地说数值分析结果是否正确，往往取决于所选用的材料本构模型和物理力学参数是否正确。本构模型和物理力学参数是否正确。本构模型和物理力学参数是否正确。本构模型和物理力学

30、参数是否正确。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型研究内容研究内容（6 6）岩土力学性质和本构关系的研究）岩土力学性质和本构关系的研究土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华4 4、隧道力学的发展历史、隧道力学的发展历史 最早最早最早最早(19(19(19(19世纪初期世纪初期世纪初期世纪初期)的隧道（洞）多以砖石材料作衬砌，采用的隧道（洞）多以砖石材料作衬砌，采用的隧道（洞）多以砖石材料作衬砌，采用的隧道（洞）多以砖石材料作衬砌，采用木支撑和断面分部开挖的方法施工。可以推断，当时隧道衬砌木支撑和断

31、面分部开挖的方法施工。可以推断，当时隧道衬砌木支撑和断面分部开挖的方法施工。可以推断，当时隧道衬砌木支撑和断面分部开挖的方法施工。可以推断，当时隧道衬砌的设计是仿照拱桥进行的，其特点是的设计是仿照拱桥进行的，其特点是的设计是仿照拱桥进行的，其特点是的设计是仿照拱桥进行的，其特点是只考虑衬砌承受围岩的主只考虑衬砌承受围岩的主只考虑衬砌承受围岩的主只考虑衬砌承受围岩的主动荷载而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力动荷载而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力动荷载而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力动荷载而未考虑围岩对衬砌变形的约束和由此产生的抗力，因，因，因，因此衬砌厚度偏大。

32、此衬砌厚度偏大。此衬砌厚度偏大。此衬砌厚度偏大。其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时其后，不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时采用不同的采用不同的采用不同的采用不同的假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力假定来计及围岩对衬砌变形所产生的抗力，其中温克尔，其中温克尔，其中温克尔，其中温克尔(winker)(winker)(winker)(winker)局部变形理论得到了广泛应用。这方面的代表学者有：局部变形理论得到了广泛应用。这方面的代表学者有：

33、局部变形理论得到了广泛应用。这方面的代表学者有：局部变形理论得到了广泛应用。这方面的代表学者有：O O O O康姆裂尔康姆裂尔康姆裂尔康姆裂尔(1910)(1910)(1910)(1910)，B B B BH H H H许特和许特和许特和许特和S S S S约翰勒逊约翰勒逊约翰勒逊约翰勒逊(1922)(1922)(1922)(1922)，A.A.A.A.布耳布耳布耳布耳(1944)(1944)(1944)(1944)，H H H H舒尔茨和舒尔茨和舒尔茨和舒尔茨和H H H H杜德克杜德克杜德克杜德克(1964)(1964)(1964)(1964)等。等。等。等。第第1 1讲讲 隧道力学的基本

34、概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型发展历史发展历史土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 与此同时，与此同时，与此同时，与此同时，将村砌和围岩视作连续介质模型将村砌和围岩视作连续介质模型将村砌和围岩视作连续介质模型将村砌和围岩视作连续介质模型进行分析的方进行分析的方进行分析的方进行分析的方法也得到了发展，其中代表量学者有：法也得到了发展，其中代表量学者有：法也得到了发展，其中代表量学者有：法也得到了发展，其中代表量学者有：H H H H史密特史密特史密特史密特(1926)(1926)(1926)(1926)，J J J J塔

35、罗勃塔罗勃塔罗勃塔罗勃(1957)(1957)(1957)(1957)，H H H H卡斯特勒卡斯特勒卡斯特勒卡斯特勒(1960)(1960)(1960)(1960)，A A A AM M M M缪尔伍德缪尔伍德缪尔伍德缪尔伍德(1975)(1975)(1975)(1975)。50505050年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。人年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。人年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。人年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。人们逐渐认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许其有一们逐渐认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许其有一们逐渐

36、认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许其有一们逐渐认识到，这种支护能在保证围岩稳定的同时允许其有一定程度的变形，定程度的变形，定程度的变形，定程度的变形，使围岩内部应力得到调整从而发挥其自持作用使围岩内部应力得到调整从而发挥其自持作用使围岩内部应力得到调整从而发挥其自持作用使围岩内部应力得到调整从而发挥其自持作用，因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。因此可以将内层衬砌的厚度减小很多。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型发展历史发展历史土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院

37、隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 60606060年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构定律年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构定律年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构定律年代中期，随着数字电子计算机的更新和岩土本构定律研究的进展，研究的进展，研究的进展，研究的进展，隧道工程分析方法进入了以有限元法为代表的数隧道工程分析方法进入了以有限元法为代表的数隧道工程分析方法进入了以有限元法为代表的数隧道工程分析方法进入了以有限元法为代表的数值分析时期值分析时期值分析时期值分析时期。这方面的代表学者有：。这方面的代表学者有：。这方面的代表学者有：。这方面的代表学者有：S

38、 S S SF F F F瑞亚斯和瑞亚斯和瑞亚斯和瑞亚斯和D D D DV V V V迪迪迪迪尔尔尔尔(1966)(1966)(1966)(1966)，0 0 0 0C C C C辛克维奇等辛克维奇等辛克维奇等辛克维奇等(1968)(1974)(1968)(1974)(1968)(1974)(1968)(1974)，E E E EL L L L威尔逊威尔逊威尔逊威尔逊(1968)(1968)(1968)(1968)，F F F FH H H H库乐荷威库乐荷威库乐荷威库乐荷威(1975)(1975)(1975)(1975)，W W W W维特基维特基维特基维特基(1977)(1977)(197

39、7)(1977)。近年来数值分析有了新的进展，无限单元、边界单元、离近年来数值分析有了新的进展，无限单元、边界单元、离近年来数值分析有了新的进展，无限单元、边界单元、离近年来数值分析有了新的进展，无限单元、边界单元、离散单元、节理单元等在地下结构静力和动力分析中得到了广泛散单元、节理单元等在地下结构静力和动力分析中得到了广泛散单元、节理单元等在地下结构静力和动力分析中得到了广泛散单元、节理单元等在地下结构静力和动力分析中得到了广泛应用。应用。应用。应用。隧道工程反分析法有了发展，隧道工程反分析法有了发展，隧道工程反分析法有了发展，隧道工程反分析法有了发展，其要旨是根据现场测得的其要旨是根据现场

40、测得的其要旨是根据现场测得的其要旨是根据现场测得的围岩变形数据反演推算围岩的各种物理力学参数和初始地应力围岩变形数据反演推算围岩的各种物理力学参数和初始地应力围岩变形数据反演推算围岩的各种物理力学参数和初始地应力围岩变形数据反演推算围岩的各种物理力学参数和初始地应力等。等。等。等。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型发展历史发展历史土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华由于地下结构物的地质条件和它们的用途、使用期由于地下结构物的地质条件和它们的用途、使用期由于地下结构物的地质条件和它们的用途、使用

41、期由于地下结构物的地质条件和它们的用途、使用期限以及运营条件的不同，需要采用不同的设计计算方限以及运营条件的不同，需要采用不同的设计计算方限以及运营条件的不同，需要采用不同的设计计算方限以及运营条件的不同，需要采用不同的设计计算方法。同时，经验、工程类比和工程师们的判断也都是法。同时，经验、工程类比和工程师们的判断也都是法。同时，经验、工程类比和工程师们的判断也都是法。同时，经验、工程类比和工程师们的判断也都是必要的。有头脑的工程师们善于必要的。有头脑的工程师们善于必要的。有头脑的工程师们善于必要的。有头脑的工程师们善于尊重隧道力学对某项尊重隧道力学对某项尊重隧道力学对某项尊重隧道力学对某项具

42、体工程的分析成果，并根据自己的经验和判断做出具体工程的分析成果，并根据自己的经验和判断做出具体工程的分析成果，并根据自己的经验和判断做出具体工程的分析成果，并根据自己的经验和判断做出合理的设计和施工方案来指导设计和施工合理的设计和施工方案来指导设计和施工合理的设计和施工方案来指导设计和施工合理的设计和施工方案来指导设计和施工。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型发展历史发展历史土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华5、隧道结构的力学计算模型（1 1）国内外常用的隧道结构计算模型）国内外常用的隧道结

43、构计算模型 国际隧道协会国际隧道协会国际隧道协会国际隧道协会(ITA)(ITA)(ITA)(ITA)于于于于1978197819781978年曾成立结构设计模型年曾成立结构设计模型年曾成立结构设计模型年曾成立结构设计模型研究组研究组研究组研究组(Working Group on Structural design(Working Group on Structural design(Working Group on Structural design(Working Group on Structural design Models)Models)Models)Models)，其任务在于汇集与

44、交流各会员国所采用的结，其任务在于汇集与交流各会员国所采用的结，其任务在于汇集与交流各会员国所采用的结，其任务在于汇集与交流各会员国所采用的结构设计模型。该工作组于构设计模型。该工作组于构设计模型。该工作组于构设计模型。该工作组于1981198119811981年提出了工作报告，给年提出了工作报告，给年提出了工作报告，给年提出了工作报告，给出了各会员国对四种不同类型的隧道所采用的结构设出了各会员国对四种不同类型的隧道所采用的结构设出了各会员国对四种不同类型的隧道所采用的结构设出了各会员国对四种不同类型的隧道所采用的结构设计模型计模型计模型计模型。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道

45、力学的基本概念与计算模型计算模型计算模型土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华（1 1）国内外常用的隧道结构计算模型）国内外常用的隧道结构计算模型第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型计算模型计算模型土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型计算模型计算模型（1）国内外常用的隧道结构计算模型土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道

46、工程系施成华施成华 由此，目前国内外采用的隧道结构设计模型可归纳为四种由此，目前国内外采用的隧道结构设计模型可归纳为四种由此，目前国内外采用的隧道结构设计模型可归纳为四种由此，目前国内外采用的隧道结构设计模型可归纳为四种类型：类型：类型：类型：1 1 1 1）以工程类比为依据的经验法以工程类比为依据的经验法以工程类比为依据的经验法以工程类比为依据的经验法（Empirical MethodEmpirical MethodEmpirical MethodEmpirical Method）。）。）。）。2 2 2 2）以测试为依据的实用法以测试为依据的实用法以测试为依据的实用法以测试为依据的实用法。

47、包括收敛。包括收敛。包括收敛。包括收敛约束法约束法约束法约束法(convergence(convergence(convergence(convergenceconfinement Method)confinement Method)confinement Method)confinement Method)、现场和实验室的岩土力、现场和实验室的岩土力、现场和实验室的岩土力、现场和实验室的岩土力学试验、应力学试验、应力学试验、应力学试验、应力(应变应变应变应变)量测以及实验室模型试验。量测以及实验室模型试验。量测以及实验室模型试验。量测以及实验室模型试验。3 3 3 3）结构力学方法结构力学方

48、法结构力学方法结构力学方法（作用（作用（作用（作用反作用模型，反作用模型，反作用模型，反作用模型，Action-reaction Action-reaction Action-reaction Action-reaction Model)Model)Model)Model)，例如弹性地基框架，弹性地基圆环（全部支承或部分，例如弹性地基框架，弹性地基圆环（全部支承或部分，例如弹性地基框架，弹性地基圆环（全部支承或部分，例如弹性地基框架，弹性地基圆环（全部支承或部分支承），矩阵位移法等。这种模型亦可称为荷载支承），矩阵位移法等。这种模型亦可称为荷载支承），矩阵位移法等。这种模型亦可称为荷载支承），

49、矩阵位移法等。这种模型亦可称为荷载结构法。结构法。结构法。结构法。第第1 1讲讲 隧道力学的基本概念与计算模型隧道力学的基本概念与计算模型计算模型计算模型（1）国内外常用的隧道结构计算模型土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系土木工程学院隧道工程系施成华施成华 4 4 4 4）岩体力学方法岩体力学方法岩体力学方法岩体力学方法（连续介质模型，（连续介质模型，（连续介质模型，（连续介质模型，Continuum Model)Continuum Model)Continuum Model)Continuum Model)，包，包，包，包括解析法和数值法两种主要的方法。解析法

50、又分为封闭解和近括解析法和数值法两种主要的方法。解析法又分为封闭解和近括解析法和数值法两种主要的方法。解析法又分为封闭解和近括解析法和数值法两种主要的方法。解析法又分为封闭解和近似解两种方法，目前它已逐渐被数值法所取代。数值法以有限似解两种方法，目前它已逐渐被数值法所取代。数值法以有限似解两种方法，目前它已逐渐被数值法所取代。数值法以有限似解两种方法，目前它已逐渐被数值法所取代。数值法以有限元法为主，这种模型亦可称之为连续介质力学法。元法为主，这种模型亦可称之为连续介质力学法。元法为主，这种模型亦可称之为连续介质力学法。元法为主，这种模型亦可称之为连续介质力学法。隧道工程技术人员在设计隧道与地