地下建筑结构考试答案

延安大学西安创新学院 期末考试命题专用纸 卷参考答案及评分标准

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考试科目： 地下建筑结构 考试方式： 开卷 试卷类型： 系部：建工系 专业班级：土木工程1102 1103班学期：2014-2015学年第 一 学期

一、问答题

1.简述地下建筑结构的概念及其形式10s

概念：地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构，通常包括在地下开挖的各种隧道与洞室。 2s

地下结构断面形式:

矩形;梯形;多边形;直墙拱形;曲墙拱形，扁圆形;圆形 2s

土层地下建筑结构:

浅埋式结构:附建式结构:沉井(沉箱)结构:地下连续墙结构:

盾构结构:沉管结构:其他结构如顶管结构和箱涵结构 2s

岩石地下建筑结构:

(一) 拱形结构:

1.贴壁式拱形结构。

半衬砌结构;厚拱薄墙衬砌结构;直墙拱形衬砌结构;曲墙拱形衬砌结构

2.离壁式拱形衬砌结构 2s

(二)喷锚支护; (三)穹顶结构

(四)连拱衬砌结构; (五)复合衬砌结构 2s

2.简述衬砌的结构形式、特点及适用条件12s

1).就地灌注整体式混凝土衬砌 1s

适用于矿山法施工，日围岩可以在短时间内稳定，也通用于采用明挖法施工的衬砌形式。

衬砌的表面整齐美观，进度快．质量容易控制。模筑衬砌包括砖石衬砌、片石混凝土衬砌、钢筋

混凝土和整体灌筑的混凝土衬砌。 2s 2). 锚喷支护 1s

常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时施设．因此．能有效地限制洞周位移保护作业

人员的安全，避免局部产生过大的变形。由于其为柔性结构，能有效地利用围岩的自承能力维持

洞室稳定，其受力性能由于整体式衬砌。 2s

3). 预制拼装衬砌 1s

拼装衬砌由预制构件在现场拼装而成，一般为圆形，主要用于盾构法〔TBM )施工的隧道。

其支护特点有坚实稳固、作用快。 2s

4). 复合式衬砌 1s

复合式衬砌山两种以下不同构筑类型的结构所组成，通常用于山岭隧道新奥法施工的隧道)

或城市地铁道暗挖法施工的区间隧道。 2s

3.试述沉井的构造及各部位的作用8s

井壁: 承受在下沉过程中各种最不利荷载组合(水土压力)所产生的内力。同时有足够的重

量，使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 2s

刃脚: 主要功用是减少下沉阻力。 1s

内隔墙: 增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径。 2s

封底及顶盖: 防止地下水渗入井内有集水井内。 1s

底梁和框架: 在比较大型的沉井中，如由于使用要求，不能设置内隔墙，则可在沉井底部增

设底梁，并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。 2s

4.盾构法施工的优缺点及适用范围12s

1. 盾构法施工的优点:

1)场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；

2)隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于建造覆土深的隧道；

3)穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响；

4)穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响；

5)自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。 5*1s

2. 盾构法施工的缺点:

1)施工设备费用较高；

2)覆土较浅时，地表沉降较难控制；

3)用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难。 3*1s

3. 盾构法施工的适用范围

适用于各类软土地层和软岩、硬岩地层的隧道掘进，尤其适用于城市地下隧道工程。 2s

包括：水底公路隧道；地铁区间隧道；排水污水隧道；引水隧道；公用管线隧道。

2s

5.说明沉管施工的步骤8s

先在隧址以外建造临时干坞，在干坞内制作钢筋混凝土的隧道管段（道路隧道用的管段每节

长60～140m。 2s

两端用临时封墙封闭。 1s

向临时干坞内灌水，使管段逐节浮出水面，并用拖轮拖运到指定位置。 1s

于设计隧位处预先挖好一个水底沟槽。 1s

待管段定位就绪后，向管段里灌水压载，使之下沉。 1s

沉设完毕的管段在水下联接起来。 1s

进行基础处理，经覆土回填后，便筑成了隧道。 1s

6.简述梁板式结构的设计计算中，顶板、侧墙承受哪些荷载 8s

顶板荷载：

（1）核爆炸冲击波超压所产生的动载 1s

（2）顶板以上的静荷载，包括设备夹层、房屋底层地坪和覆土层重以及战时不迁动固定设备

等。 1s

（3）顶板自重 1s

侧墙荷载：

压缩波所形成的水平动载 1s

顶板传来的动载与静载 1s

上部地面建筑自重 1s

侧墙自重 1s

土压力及水压力 1s

7.简述附件式地下结构与单建式工事相比，具有哪些优越性，缺点又有哪些8s

优点：

节省建设用地 1s

便于平战结合 1s

人员和设备容易在战时迅速转入地下 1s

增强上层建筑的抗震能力，在地震时附建式地下结构尚可作为避震室只用1s

上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮弹有一定的防护作用 1s

造价较低 1s

便于施工管理，采用新技术，保证工程质量，同时也便于维护 1s

缺点：上层建筑遭到破坏时容易造成出入口堵塞，引起火灾等 1s

二、论述题

1.库仑土压力的基本假定及其其一般土压力公式10s

库仑理论的基本假定:

1)挡土墙墙后土体为均质各向同性的无黏性土; 1s

2)挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面为通过墙踵的

平面; 2s

3)假定滑动土体为一刚体，在滑裂面BC和墙背AB上的切向力分别满足极限平衡条件; 2s

其一般土压力公式:

当土体滑动楔体处于极限平衡状态，应用静力平衡条件，不难得到作用于挡土墙上的主动土

压力Pa ,和被动土压力Pp ,的计算式为:

(1). sin()Wsin()

sin()PpW sin()

1WABACsin()2Pa

式中W——滑楔自重。 2s 12PhKa PP

1h2Kp (2). a22

Kasin2()

22sinsin()1 2sin()

sin2sin2()122Kp

式中:Y-一一土体的重量;

h—挡土墙的高度;

ka库仑主动土压力系数

kp库仑被动土压力系数 3s

2.矩形闭合框架中，变形缝如何设置？具体的构造方式有哪些？论述各自的优缺点14s

为防止结构由于不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起破坏，沿结构纵向，每隔一定距离需设置变形缝。变形缝的间距为30m左右。变形缝分为两种：

一种是防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构破坏所设置的缝，称为伸缩缝，另一种是防止由于不同的结构类型（或结构相邻部分具有不同荷载），或不同地基承载力而引起结构不均匀沉陷所设置的缝，称为沉降缝。变形缝为满足伸缩和沉降需要，缝宽一般为20~30mm，缝中填充富有弹性的材料。 4s

变形缝的构造方式主要分四类 :嵌缝式、贴附式、埋入式、混合式 2s

(一)嵌缝式可用沥青砂板、沥青板等。为了防止板与结构物间有缝隙，在结构内部槽中填以沥青胶或环煤涂料(即环氧树脂和煤焦油涂料)等以减少渗水可能。也可在结构外部贴一层防水层。

嵌缝式的优点是造价低，施工易。但在有压水中防水效能不良，仅适于地下水较少地区，或防水要求不高工程中。 2s

(二）贴附式将厚度6～8mm的橡胶平板用钢板条及螺栓固定结构上。

亦称为可卸式变形缝。其优点是橡胶平板年久老化后可以拆换，缺点是不易使橡胶平板和钢板密贴。

可用于一般地下工程中。 2s

(三)埋入式在浇灌混凝土时，把橡胶或塑料止水带埋入结构中。其优点是防水效果可靠，橡胶老化问题需待改进，在大型工程中普遍采用。

在有水压，而且表面温度高于50℃或受强氧化及油类等有机物质侵蚀的地方，可在中间埋设紫铜片，但造价高。 2s

（四）混合式 当防水要求很高，承受较大的水压力时，可采用上述三种方法的组合，称为混合式，防水效果好，但施工程序多，造价高。 2s

三、计算题

解：

(1) 参数计算

9.1

Ka1tan(45)tan(45)0.72722

2K15.1

22Ka2tan(45)tan(45)0.587 2s 21K222



K22K215.1

p2tan(452)tan(452)1.705

(2)水平荷载标准值的计算

①临界深度计算:

z01.3m

②水平荷载标准值的计算:

第一层土底面处水平荷载标准值

ea1下=a1下Ka12c1z1Ka12c17.33.00.72729.6

21.4kPa

第二层土顶面处水平荷载标准值

ea2上=a1上Ka22c1z1Ka22c17.33.00.587213.2

10.2kPa

基坑底面及支护结构底面处水平荷载标准值

ea=aKa22c（1z1+2z2)Ka22c

（17.33.0+18.91.5）0.587213.2

26.9kPa

(3)水平抗力的计算

基坑底面处水平抗力标准值

ep1=221705k3P4. a 5

支护结构底面处水平抗.

力标准值

ep2=2hdKp22c18.93.01.705213.2131.1kPa

计算结果如图所示。

26.9

26.9

131.1 1s 1s 1s 1s 1s 1s 2s

延安大学西安创新学院 期末考试命题专用纸 卷参考答案及评分标准

………………装…………………订……………线………………

考试科目： 地下建筑结构 考试方式： 开卷 试卷类型： 系部：建工系 专业班级：土木工程1102 1103班学期：2014-2015学年第 一 学期

一、问答题

1.简述地下建筑结构的概念及其形式10s

概念：地下建筑结构，即埋置于地层内部的结构，通常包括在地下开挖的各种隧道与洞室。 2s

地下结构断面形式:

矩形;梯形;多边形;直墙拱形;曲墙拱形，扁圆形;圆形 2s

土层地下建筑结构:

浅埋式结构:附建式结构:沉井(沉箱)结构:地下连续墙结构:

盾构结构:沉管结构:其他结构如顶管结构和箱涵结构 2s

岩石地下建筑结构:

(一) 拱形结构:

1.贴壁式拱形结构。

半衬砌结构;厚拱薄墙衬砌结构;直墙拱形衬砌结构;曲墙拱形衬砌结构

2.离壁式拱形衬砌结构 2s

(二)喷锚支护; (三)穹顶结构

(四)连拱衬砌结构; (五)复合衬砌结构 2s

2.简述衬砌的结构形式、特点及适用条件12s

1).就地灌注整体式混凝土衬砌 1s

适用于矿山法施工，日围岩可以在短时间内稳定，也通用于采用明挖法施工的衬砌形式。

衬砌的表面整齐美观，进度快．质量容易控制。模筑衬砌包括砖石衬砌、片石混凝土衬砌、钢筋

混凝土和整体灌筑的混凝土衬砌。 2s 2). 锚喷支护 1s

常用于矿山法施工，它可以在坑道开挖后及时施设．因此．能有效地限制洞周位移保护作业

人员的安全，避免局部产生过大的变形。由于其为柔性结构，能有效地利用围岩的自承能力维持

洞室稳定，其受力性能由于整体式衬砌。 2s

3). 预制拼装衬砌 1s

拼装衬砌由预制构件在现场拼装而成，一般为圆形，主要用于盾构法〔TBM )施工的隧道。

其支护特点有坚实稳固、作用快。 2s

4). 复合式衬砌 1s

复合式衬砌山两种以下不同构筑类型的结构所组成，通常用于山岭隧道新奥法施工的隧道)

或城市地铁道暗挖法施工的区间隧道。 2s

3.试述沉井的构造及各部位的作用8s

井壁: 承受在下沉过程中各种最不利荷载组合(水土压力)所产生的内力。同时有足够的重

量，使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 2s

刃脚: 主要功用是减少下沉阻力。 1s

内隔墙: 增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径。 2s

封底及顶盖: 防止地下水渗入井内有集水井内。 1s

底梁和框架: 在比较大型的沉井中，如由于使用要求，不能设置内隔墙，则可在沉井底部增

设底梁，并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。 2s

4.盾构法施工的优缺点及适用范围12s

1. 盾构法施工的优点:

1)场地作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；

2)隧道施工的费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响，适宜于建造覆土深的隧道；

3)穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候的影响；

4)穿越地面建筑群和地下管线密集区时，周围可不受施工影响；

5)自动化程度高、劳动强度低、施工速度较快。 5*1s

2. 盾构法施工的缺点:

1)施工设备费用较高；

2)覆土较浅时，地表沉降较难控制；

3)用于施工小曲率半径隧道时，掘进较困难。 3*1s

3. 盾构法施工的适用范围

适用于各类软土地层和软岩、硬岩地层的隧道掘进，尤其适用于城市地下隧道工程。 2s

包括：水底公路隧道；地铁区间隧道；排水污水隧道；引水隧道；公用管线隧道。

2s

5.说明沉管施工的步骤8s

先在隧址以外建造临时干坞，在干坞内制作钢筋混凝土的隧道管段（道路隧道用的管段每节

长60～140m。 2s

两端用临时封墙封闭。 1s

向临时干坞内灌水，使管段逐节浮出水面，并用拖轮拖运到指定位置。 1s

于设计隧位处预先挖好一个水底沟槽。 1s

待管段定位就绪后，向管段里灌水压载，使之下沉。 1s

沉设完毕的管段在水下联接起来。 1s

进行基础处理，经覆土回填后，便筑成了隧道。 1s

6.简述梁板式结构的设计计算中，顶板、侧墙承受哪些荷载 8s

顶板荷载：

（1）核爆炸冲击波超压所产生的动载 1s

（2）顶板以上的静荷载，包括设备夹层、房屋底层地坪和覆土层重以及战时不迁动固定设备

等。 1s

（3）顶板自重 1s

侧墙荷载：

压缩波所形成的水平动载 1s

顶板传来的动载与静载 1s

上部地面建筑自重 1s

侧墙自重 1s

土压力及水压力 1s

7.简述附件式地下结构与单建式工事相比，具有哪些优越性，缺点又有哪些8s

优点：

节省建设用地 1s

便于平战结合 1s

人员和设备容易在战时迅速转入地下 1s

增强上层建筑的抗震能力，在地震时附建式地下结构尚可作为避震室只用1s

上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮弹有一定的防护作用 1s

造价较低 1s

便于施工管理，采用新技术，保证工程质量，同时也便于维护 1s

缺点：上层建筑遭到破坏时容易造成出入口堵塞，引起火灾等 1s

二、论述题

1.库仑土压力的基本假定及其其一般土压力公式10s

库仑理论的基本假定:

1)挡土墙墙后土体为均质各向同性的无黏性土; 1s

2)挡土墙后土体产生主动土压力或被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面为通过墙踵的

平面; 2s

3)假定滑动土体为一刚体，在滑裂面BC和墙背AB上的切向力分别满足极限平衡条件; 2s

其一般土压力公式:

当土体滑动楔体处于极限平衡状态，应用静力平衡条件，不难得到作用于挡土墙上的主动土

压力Pa ,和被动土压力Pp ,的计算式为:

(1). sin()Wsin()

sin()PpW sin()

1WABACsin()2Pa

式中W——滑楔自重。 2s 12PhKa PP

1h2Kp (2). a22

Kasin2()

22sinsin()1 2sin()

sin2sin2()122Kp

式中:Y-一一土体的重量;

h—挡土墙的高度;

ka库仑主动土压力系数

kp库仑被动土压力系数 3s

2.矩形闭合框架中，变形缝如何设置？具体的构造方式有哪些？论述各自的优缺点14s

为防止结构由于不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起破坏，沿结构纵向，每隔一定距离需设置变形缝。变形缝的间距为30m左右。变形缝分为两种：

一种是防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构破坏所设置的缝，称为伸缩缝，另一种是防止由于不同的结构类型（或结构相邻部分具有不同荷载），或不同地基承载力而引起结构不均匀沉陷所设置的缝，称为沉降缝。变形缝为满足伸缩和沉降需要，缝宽一般为20~30mm，缝中填充富有弹性的材料。 4s

变形缝的构造方式主要分四类 :嵌缝式、贴附式、埋入式、混合式 2s

(一)嵌缝式可用沥青砂板、沥青板等。为了防止板与结构物间有缝隙，在结构内部槽中填以沥青胶或环煤涂料(即环氧树脂和煤焦油涂料)等以减少渗水可能。也可在结构外部贴一层防水层。

嵌缝式的优点是造价低，施工易。但在有压水中防水效能不良，仅适于地下水较少地区，或防水要求不高工程中。 2s

(二）贴附式将厚度6～8mm的橡胶平板用钢板条及螺栓固定结构上。

亦称为可卸式变形缝。其优点是橡胶平板年久老化后可以拆换，缺点是不易使橡胶平板和钢板密贴。

可用于一般地下工程中。 2s

(三)埋入式在浇灌混凝土时，把橡胶或塑料止水带埋入结构中。其优点是防水效果可靠，橡胶老化问题需待改进，在大型工程中普遍采用。

在有水压，而且表面温度高于50℃或受强氧化及油类等有机物质侵蚀的地方，可在中间埋设紫铜片，但造价高。 2s

（四）混合式 当防水要求很高，承受较大的水压力时，可采用上述三种方法的组合，称为混合式，防水效果好，但施工程序多，造价高。 2s

三、计算题

解：

(1) 参数计算

9.1

Ka1tan(45)tan(45)0.72722

2K15.1

22Ka2tan(45)tan(45)0.587 2s 21K222



K22K215.1

p2tan(452)tan(452)1.705

(2)水平荷载标准值的计算

①临界深度计算:

z01.3m

②水平荷载标准值的计算:

第一层土底面处水平荷载标准值

ea1下=a1下Ka12c1z1Ka12c17.33.00.72729.6

21.4kPa

第二层土顶面处水平荷载标准值

ea2上=a1上Ka22c1z1Ka22c17.33.00.587213.2

10.2kPa

基坑底面及支护结构底面处水平荷载标准值

ea=aKa22c（1z1+2z2)Ka22c

（17.33.0+18.91.5）0.587213.2

26.9kPa

(3)水平抗力的计算

基坑底面处水平抗力标准值

ep1=221705k3P4. a 5

支护结构底面处水平抗.

力标准值

ep2=2hdKp22c18.93.01.705213.2131.1kPa

计算结果如图所示。

26.9

26.9

131.1 1s 1s 1s 1s 1s 1s 2s