隧道力學(xué)第1講(中南大學(xué)施成華)

1、中南大學(xué)土木工程學(xué)院 隧道工程系 課程安排：第1講 隧道力學(xué)的基本概念與計(jì)算模型第2講 隧道開挖后的力學(xué)行為 第3講 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（1）力法第4講 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（2）位移法第5講 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算的巖體力學(xué)方法第6講 隧道施工工作面穩(wěn)定性的力學(xué)分析第7講 隧道輔助施工措施的力學(xué)分析第8講 隧道力學(xué)計(jì)算中的特殊問題隧 道 力 學(xué)土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 參考書目：（1）關(guān)寶樹編，隧道力學(xué)概論（2）潘昌實(shí)編，隧道力學(xué)數(shù)值方法（3）彭立敏等編，隧道工程（4）夏永旭等編，隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算（5）孫鈞等編著，地下結(jié)構(gòu)（6）李志業(yè)等編，地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法

2、隧 道 力 學(xué)土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華第1講 隧道力學(xué)的基本概念與計(jì)算模型本講主要內(nèi)容：1、隧道力學(xué)的基本概念2、隧道工程的特點(diǎn)及主要結(jié)構(gòu)型式3、隧道力學(xué)的研究?jī)?nèi)容4、隧道力學(xué)的發(fā)展歷史5、隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算模型6、初始地應(yīng)力場(chǎng)及隧道結(jié)構(gòu)荷載形式1、隧道力學(xué)的基本概念 眾所周知，隧道工程所處的環(huán)境條件與地面工程是全然不眾所周知，隧道工程所處的環(huán)境條件與地面工程是全然不同的，但長(zhǎng)期以來都沿用適應(yīng)于地面工程的理論和方法來解決同的，但長(zhǎng)期以來都沿用適應(yīng)于地面工程的理論和方法來解決隧道過程中所遇到的各種問題，因而常常不能正確的闡明隧道隧道過程中所遇到的各種問題，因而常常不能正

3、確的闡明隧道工程出現(xiàn)的各種力學(xué)現(xiàn)象和過程，使得隧道工程長(zhǎng)期處于工程出現(xiàn)的各種力學(xué)現(xiàn)象和過程，使得隧道工程長(zhǎng)期處于“經(jīng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和和“經(jīng)驗(yàn)施工經(jīng)驗(yàn)施工”局面。局面。 目前隧道工程正朝著目前隧道工程正朝著“信息化設(shè)計(jì)、信息化施工信息化設(shè)計(jì)、信息化施工”的目標(biāo)的目標(biāo)邁進(jìn)，在隧道與地下工程由邁進(jìn)，在隧道與地下工程由“經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)”到到“科學(xué)科學(xué)”的轉(zhuǎn)變過程中，的轉(zhuǎn)變過程中，隧道力學(xué)將起著重要的主導(dǎo)作用隧道力學(xué)將起著重要的主導(dǎo)作用。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華1、隧道力學(xué)的基本概念 隧道力學(xué)隧道力學(xué)(Tunnel mechanics)(Tunnel mechanics)是是巖土力

4、學(xué)的一個(gè)重要組成巖土力學(xué)的一個(gè)重要組成部分部分。隨著各種類型的地下結(jié)構(gòu)物包括隧道。隨著各種類型的地下結(jié)構(gòu)物包括隧道 ( (洞洞) )、地下鐵道、地下鐵道、地下洞室、地下廠房、地下街道等在世界各地大量興建，作為地下洞室、地下廠房、地下街道等在世界各地大量興建，作為地下結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)的隧道力學(xué)日益顯示出其重要性兼地下結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)的隧道力學(xué)日益顯示出其重要性兼之過去數(shù)十年間地下結(jié)構(gòu)理論有了很大發(fā)展，隧道力學(xué)從巖土之過去數(shù)十年間地下結(jié)構(gòu)理論有了很大發(fā)展，隧道力學(xué)從巖土力學(xué)中劃分出來成為一門獨(dú)立學(xué)科的條件業(yè)已成熟。力學(xué)中劃分出來成為一門獨(dú)立學(xué)科的條件業(yè)已成熟。 隧道力學(xué)隧道力學(xué)是以巖體力學(xué)、工

5、程地質(zhì)學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈塑性是以巖體力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、以及建筑材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)的一門綜合性的邊力學(xué)、以及建筑材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)的一門綜合性的邊緣學(xué)科。緣學(xué)科。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體；圍巖不僅是荷載，同時(shí)又是承載體； 地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受；地層壓力由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受； 充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性。 土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華外部支護(hù)外部支護(hù) 整體式混凝土襯砌整體式混凝土襯砌 砌石襯砌砌石襯砌 拼裝式襯砌拼裝式襯砌 噴射混凝土支

6、護(hù)噴射混凝土支護(hù)內(nèi)部支護(hù)內(nèi)部支護(hù) 錨桿錨桿 注漿注漿混合支護(hù)混合支護(hù) 噴錨支護(hù)噴錨支護(hù) 復(fù)合式襯砌復(fù)合式襯砌土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華軌 頂 面直 墻 式 襯 砌拱 圈直 邊 墻鋪 底直 墻 式 襯 砌 內(nèi) 軌 頂 面曲 墻 式 襯 砌拱 圈曲 邊 墻仰 拱土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華2 2）裝配式混凝土襯砌）裝配式混凝土襯砌土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華2%路線設(shè)計(jì)標(biāo)高C25素砼隧底填充C10素砼初期支護(hù)防水層 模注二次襯砌隧道中線線路中線C25素砼復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖 土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)

7、院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 隧道是處在各種地質(zhì)環(huán)境中的地下結(jié)構(gòu)，因此，它必將受隧道是處在各種地質(zhì)環(huán)境中的地下結(jié)構(gòu)，因此，它必將受到周圍環(huán)境的強(qiáng)烈影響。所謂的地質(zhì)環(huán)境包括：地質(zhì)體的形成到周圍環(huán)境的強(qiáng)烈影響。所謂的地質(zhì)環(huán)境包括：地質(zhì)體的形成及其經(jīng)歷；初始應(yīng)力場(chǎng)（包括構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在內(nèi)）；各種地質(zhì)體及其經(jīng)歷；初始應(yīng)力場(chǎng)（包括構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在內(nèi)）；各種地質(zhì)體的物理的、力學(xué)的、構(gòu)造的和時(shí)間的特性及其分

8、類等。科學(xué)地的物理的、力學(xué)的、構(gòu)造的和時(shí)間的特性及其分類等?？茖W(xué)地認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響是正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工認(rèn)識(shí)地質(zhì)環(huán)境對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響是正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的前提。的前提。 此外，此外，隧道圍巖的工程地質(zhì)分類受到了極大的關(guān)注隧道圍巖的工程地質(zhì)分類受到了極大的關(guān)注，因?yàn)?，因?yàn)樗淼涝O(shè)計(jì)的工程類比方法大都是以圍巖分類級(jí)別為依據(jù)的。隧道設(shè)計(jì)的工程類比方法大都是以圍巖分類級(jí)別為依據(jù)的。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 現(xiàn)

9、場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是隧道力學(xué)不可缺少的組成部分?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是隧道力學(xué)不可缺少的組成部分。設(shè)計(jì)和施工前的隧址工程地質(zhì)勘探；施工過程中結(jié)構(gòu)和圍巖設(shè)計(jì)和施工前的隧址工程地質(zhì)勘探；施工過程中結(jié)構(gòu)和圍巖（包括地面）的變形觀測(cè)；這是指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)的重要反饋信（包括地面）的變形觀測(cè)；這是指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)的重要反饋信息；實(shí)驗(yàn)室相似材料模型試驗(yàn)、光彈性模型試驗(yàn)以及離心機(jī)模息；實(shí)驗(yàn)室相似材料模型試驗(yàn)、光彈性模型試驗(yàn)以及離心機(jī)模型試驗(yàn)等；運(yùn)營(yíng)期間地下結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力觀測(cè)包括長(zhǎng)時(shí)期的型試驗(yàn)等；運(yùn)營(yíng)期間地下結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力觀測(cè)包括長(zhǎng)時(shí)期的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)變觀測(cè)、對(duì)地震和車輛振動(dòng)反應(yīng)的觀測(cè)等?，F(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)變觀測(cè)、

10、對(duì)地震和車輛振動(dòng)反應(yīng)的觀測(cè)等?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，一方面為地下結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供數(shù)一方面為地下結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供數(shù)據(jù)，另一方面又是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和計(jì)算是否正確性的重要手段據(jù)，另一方面又是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和計(jì)算是否正確性的重要手段。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 巖土物理力學(xué)性質(zhì)和本構(gòu)關(guān)系的研究，既是巖土力學(xué)工作巖土物理力學(xué)性質(zhì)和本構(gòu)關(guān)系的研究，既是巖土力學(xué)工作者的主要任務(wù)之一，也應(yīng)該是隧道力學(xué)工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。者的主要任務(wù)之一，也應(yīng)該是隧道力學(xué)工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)。嚴(yán)格地說數(shù)值分析結(jié)果是否正確，往往取決于所選用的材料嚴(yán)格地說數(shù)值分析結(jié)果是否正確，往往取決于

11、所選用的材料本構(gòu)模型和物理力學(xué)參數(shù)是否正確。本構(gòu)模型和物理力學(xué)參數(shù)是否正確。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華4、隧道力學(xué)的發(fā)展歷史 最早最早(19(19世紀(jì)初期世紀(jì)初期) )的隧道（洞）多以磚石材料作襯砌，采用的隧道（洞）多以磚石材料作襯砌，采用木支撐和斷面分部開挖的方法施工?？梢酝茢?，當(dāng)時(shí)隧道襯砌木支撐和斷面分部開挖的方法施工?？梢酝茢?，當(dāng)時(shí)隧道襯砌的設(shè)計(jì)是仿照拱橋進(jìn)行的，其特點(diǎn)是的設(shè)計(jì)是仿照拱橋進(jìn)行的，其特點(diǎn)是只考慮襯砌承受圍巖的主只考慮襯砌承受圍巖的主動(dòng)荷載而未考慮圍巖對(duì)襯砌變形的約束和由此產(chǎn)生的抗力動(dòng)荷載而未考慮圍巖對(duì)襯砌變形的約束和由此產(chǎn)生的抗力，因，因此襯砌厚度偏

12、大。此襯砌厚度偏大。 其后，不同學(xué)者和工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)隧道襯砌時(shí)其后，不同學(xué)者和工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)隧道襯砌時(shí)采用不同的采用不同的假定來計(jì)及圍巖對(duì)襯砌變形所產(chǎn)生的抗力假定來計(jì)及圍巖對(duì)襯砌變形所產(chǎn)生的抗力，其中溫克爾，其中溫克爾(winker)(winker)局部變形理論得到了廣泛應(yīng)用。這方面的代表學(xué)者有：局部變形理論得到了廣泛應(yīng)用。這方面的代表學(xué)者有：O O康姆康姆裂爾裂爾(1910)(1910)，B BH H許特和許特和S S約翰勒遜約翰勒遜(1922)(1922)，A.A.布耳布耳(1944)(1944)，H H舒爾茨和舒爾茨和H H杜德克杜德克(1964)(1964)等。等。土木工程學(xué)院隧道工程

13、系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 與此同時(shí)，與此同時(shí)，將村砌和圍巖視作連續(xù)介質(zhì)模型將村砌和圍巖視作連續(xù)介質(zhì)模型進(jìn)行分析的方進(jìn)行分析的方法也得到了發(fā)展，其中代表量學(xué)者有：法也得到了發(fā)展，其中代表量學(xué)者有：H H史密特史密特(1926)(1926)，J J塔羅勃塔羅勃(1957)(1957)，H H卡斯特勒卡斯特勒(1960)(1960)，A AM M繆爾伍德繆爾伍德(1975)(1975)。 5050年代以來，噴射混凝土和錨桿被廣泛用作初期支護(hù)。人年代以來，噴射混凝土和錨桿被廣泛用作初期支護(hù)。人們逐漸認(rèn)識(shí)到，這種支護(hù)能在保證圍巖穩(wěn)定的同時(shí)允許其有一們逐漸認(rèn)識(shí)到，這種支護(hù)能在保證圍巖穩(wěn)定的同時(shí)允許其

14、有一定程度的變形，定程度的變形，使圍巖內(nèi)部應(yīng)力得到調(diào)整從而發(fā)揮其自持作用使圍巖內(nèi)部應(yīng)力得到調(diào)整從而發(fā)揮其自持作用，因此可以將內(nèi)層襯砌的厚度減小很多。因此可以將內(nèi)層襯砌的厚度減小很多。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 6060年代中期，隨著數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的更新和巖土本構(gòu)定律年代中期，隨著數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的更新和巖土本構(gòu)定律研究的進(jìn)展，研究的進(jìn)展，隧道工程分析方法進(jìn)入了以有限元法為代表的數(shù)隧道工程分析方法進(jìn)入了以有限元法為代表的數(shù)值分析時(shí)期值分析時(shí)期。這方面的代表學(xué)者有：。這方面的代表學(xué)者有：S SF F瑞亞斯和瑞亞斯和D DV V迪迪爾爾(1966)(1966)，0 0C C辛克

15、維奇等辛克維奇等(1968)(1974)(1968)(1974)，E EL L威爾遜威爾遜(1968)(1968)，F(xiàn) FH H庫(kù)樂荷威庫(kù)樂荷威(1975)(1975)，W W維特基維特基(1977)(1977)。 近年來數(shù)值分析有了新的進(jìn)展，無限單元、邊界單元、離近年來數(shù)值分析有了新的進(jìn)展，無限單元、邊界單元、離散單元、節(jié)理單元等在地下結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析中得到了廣泛散單元、節(jié)理單元等在地下結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析中得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用。隧道工程反分析法有了發(fā)展，隧道工程反分析法有了發(fā)展，其要旨是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的其要旨是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的圍巖變形數(shù)據(jù)反演推算圍巖的各種物理力學(xué)參數(shù)和初始地應(yīng)力圍巖變形數(shù)據(jù)反

16、演推算圍巖的各種物理力學(xué)參數(shù)和初始地應(yīng)力等。等。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 由于地下結(jié)構(gòu)物的地質(zhì)條件和它們的用途、使用期由于地下結(jié)構(gòu)物的地質(zhì)條件和它們的用途、使用期限以及運(yùn)營(yíng)條件的不同，需要采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方限以及運(yùn)營(yíng)條件的不同，需要采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)、工程類比和工程師們的判斷也都是法。同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)、工程類比和工程師們的判斷也都是必要的。有頭腦的工程師們善于必要的。有頭腦的工程師們善于尊重隧道力學(xué)對(duì)某項(xiàng)尊重隧道力學(xué)對(duì)某項(xiàng)具體工程的分析成果，并根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和判斷做出具體工程的分析成果，并根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和判斷做出合理的設(shè)計(jì)和施工方案來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工合理的設(shè)

17、計(jì)和施工方案來指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華5、隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算模型（1）國(guó)內(nèi)外常用的隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 國(guó)際隧道協(xié)會(huì)國(guó)際隧道協(xié)會(huì)(ITA)(ITA)于于19781978年曾成立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型年曾成立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型研究組研究組(Working Group on Structural design (Working Group on Structural design Models)Models)，其任務(wù)在于匯集與交流各會(huì)員國(guó)所采用的結(jié)，其任務(wù)在于匯集與交流各會(huì)員國(guó)所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。該工作組于構(gòu)設(shè)計(jì)模型。該工作組于19811981年提出了工作報(bào)告，給年提出了工

18、作報(bào)告，給出了各會(huì)員國(guó)對(duì)四種不同類型的隧道所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)出了各會(huì)員國(guó)對(duì)四種不同類型的隧道所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型計(jì)模型。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華（1）國(guó)內(nèi)外常用的隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 由此，目前國(guó)內(nèi)外采用的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型可歸納為四種由此，目前國(guó)內(nèi)外采用的隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型可歸納為四種類型：類型： 1 1）以工程類比為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法以工程類比為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法（Empirical MethodEmpirical Method）。）。 2 2）以測(cè)試為依據(jù)的實(shí)用法以測(cè)試為依據(jù)的實(shí)用法。包

19、括收斂。包括收斂約束法約束法(convergenceconfinement Method)(convergenceconfinement Method)、現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的巖土力、現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的巖土力學(xué)試驗(yàn)、應(yīng)力學(xué)試驗(yàn)、應(yīng)力( (應(yīng)變應(yīng)變) )量測(cè)以及實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)。量測(cè)以及實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)。 3 3）結(jié)構(gòu)力學(xué)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)方法（作用（作用反作用模型，反作用模型，Action-reaction Action-reaction Model)Model)，例如彈性地基框架，彈性地基圓環(huán)（全部支承或部分，例如彈性地基框架，彈性地基圓環(huán)（全部支承或部分支承），矩陣位移法等。這種模型亦可稱為荷載支承），矩陣位移

20、法等。這種模型亦可稱為荷載結(jié)構(gòu)法。結(jié)構(gòu)法。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 4 4）巖體力學(xué)方法巖體力學(xué)方法（連續(xù)介質(zhì)模型，（連續(xù)介質(zhì)模型，Continuum Model)Continuum Model)，包，包括解析法和數(shù)值法兩種主要的方法。解析法又分為封閉解和近括解析法和數(shù)值法兩種主要的方法。解析法又分為封閉解和近似解兩種方法，目前它已逐漸被數(shù)值法所取代。數(shù)值法以有限似解兩種方法，目前它已逐漸被數(shù)值法所取代。數(shù)值法以有限元法為主，這種模型亦可稱之為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法。元法為主，這種模型亦可稱之為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)法。 隧道工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)隧道與地下結(jié)構(gòu)物時(shí)，隧道工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)

21、隧道與地下結(jié)構(gòu)物時(shí)，往往要考慮往往要考慮和比較各種方法，或以某一種方法為主，以其它的方法作為校和比較各種方法，或以某一種方法為主，以其它的方法作為校核。核。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 該方法認(rèn)為圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生作用在結(jié)構(gòu)上的該方法認(rèn)為圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生作用在結(jié)構(gòu)上的荷載（包括主動(dòng)的圍巖壓力和被動(dòng)的圍巖彈性抗力），該模型荷載（包括主動(dòng)的圍巖壓力和被動(dòng)的圍巖彈性抗力），該模型是仿效地面結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，是仿效地面結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，即將荷載作用在結(jié)構(gòu)上，用一般即將荷載作用在結(jié)構(gòu)上，用一般結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算。在這類模型中隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)與

22、圍巖。在這類模型中隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生的相互作用是通過圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生彈性抗力彈性抗力來體現(xiàn)來體現(xiàn)的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性抗力時(shí)間接地的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性抗力時(shí)間接地考慮。圍巖的承載能力越高，它給予支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)壓力越小，考慮。圍巖的承載能力越高，它給予支護(hù)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)壓力越小，而約束支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的彈性抗力越大，相對(duì)來說，支護(hù)結(jié)構(gòu)所而約束支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的彈性抗力越大，相對(duì)來說，支護(hù)結(jié)構(gòu)所起的作用就變小了。起的作用就變小了。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 這一類計(jì)算模型這一類計(jì)算模型主要適用于圍

23、巖因過分變形而發(fā)生松弛和主要適用于圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和坍塌，支護(hù)結(jié)構(gòu)主動(dòng)承擔(dān)圍巖坍塌，支護(hù)結(jié)構(gòu)主動(dòng)承擔(dān)圍巖“松動(dòng)壓力松動(dòng)壓力”的情況的情況。利用這類。利用這類模型進(jìn)行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，是如何確定作用在支模型進(jìn)行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，是如何確定作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載（其中最主要的是圍巖產(chǎn)生的松動(dòng)壓力），護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載（其中最主要的是圍巖產(chǎn)生的松動(dòng)壓力），以及圍巖給支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性抗力。以及圍巖給支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性抗力。 荷載荷載結(jié)構(gòu)模型在隧道工程的初期，曾經(jīng)被廣泛地采用，因結(jié)構(gòu)模型在隧道工程的初期，曾經(jīng)被廣泛地采用，因?yàn)樗c當(dāng)時(shí)的施工技術(shù)水平是相符的。由于這種計(jì)算模型為它

24、與當(dāng)時(shí)的施工技術(shù)水平是相符的。由于這種計(jì)算模型概念概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便，易于被工程師們所接受，故至今仍較為廣泛，易于被工程師們所接受，故至今仍較為廣泛的使用，尤其是對(duì)模筑混凝土襯砌。的使用，尤其是對(duì)模筑混凝土襯砌。土木工程學(xué)院隧道工程系土木工程學(xué)院隧道工程系施成華 它是它是將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，作為共同承受荷載的隧道將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，作為共同承受荷載的隧道結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系，故又稱為復(fù)合整體模型。這種模型，故又稱為復(fù)合整體模型。這種模型主要應(yīng)用于由于主要應(yīng)用于由于圍巖變形而引起的壓力圍巖變形而引起的壓力，壓力值必須通過支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的共，壓力值必須通過支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的共同作用而求得，這是反映當(dāng)前現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)