地下建築結構設計（第3版）

《地下建築結構設計（第3版）》是2014年清華大學出版社出版的圖書，作者是王樹理、王樹仁、孫世國、楊萬斌、朱建明。

前言

2006年，我在加拿大McGill University做訪問學者的時候，考察了McGill University和University of Toronto的土木工程方向的科研方向、教學和教材，於2007年組織了燕山大學的王樹仁、北方工業大學的孫世國、河北大學的楊萬斌、北京航空航天大學的朱建明同行編著了第一版的《地下建築結構設計》。2008年《地下建築結構設計》被評為北京高等教育精品教材。2009年對本書補充了大量的例題和複習思考題及習題，出版了第二版。2014年我再次赴美國Michigan Technological University做訪問學者，先後又考察了世界前50強美國大學中的7所大學（依據http://cwur.org)，對美國土木工程排名前列的Massachusetts Institute of Technology，University of Illinois at UrbanaChampaign,University of CaliforniaBerkeley，Columbia University, Princeton University, Texas A&M University, University of Washington的土木工程的科研方向、教學和教材再次進行考察和研究，決定對本書進行第三次修訂，出版第三版。

第三版書中所談到的設計計算理論，雖然有的文獻年代稍早，看似陳舊，但是明白

經典的土力學和岩石力學理論經過幾十年的發展，仍然沒有重大的突破，大家也就可以理

解。能夠有所發展的是計算機技術在土力學和岩石力學中的套用，如有限元、邊界元等應

用在地下建築結構的設計中，這使得這個古老的學科能夠趕上時代，得以重生。很難想像，假如今天沒有計算機技術，我們會增加多少成本來實現想要的研究結果。為了適應計算機技術在地下建築結構設計中的套用，我已經購買了處理地下建築結構設計中的岩土體問題設計和分析的完整商業軟體,包括主要處理岩體問題的Dips 60,Examine3D 40,Phase2 70，RocData 50,RocFall 50,RocPlane 30,RocSupport 30,Settle3D 30,Slide 60,　Swedge 60,Unwedge 30; 處理土體問題的DCfoundation,DCsoil;處理爆破工程設計和分析的2DBench,2DFace,2DRing,2Dview,JKBMS; 用於各種材料的、目前公認的、最優秀的顯性動力分析軟體LSDYNA。用於鋼筋混凝土結構設計的spBeam v350,spColumn v450,spFrame v150,spWall v400,spMats v800,spSlab v350。第三版書的PPT文本將再現計算機技術在地下建築結構設計中的魅力，並將數值分析的研究成果增加在PPT裡面。這個PPT也將不斷地升級，通過電子郵件的方式配送到那些教學需要的大學老師的手中。

新版教材中，圖片413張，公式335個，表格107個，例題36題，複習思考題54題，習題22題。內容儘可能以形象的圖表格式表現，方便自學。考慮到全書的字數限制，對第二版書中的例題、複習思考題和習題進行了最佳化篩選。地下建築結構設計的理論和實踐隨著計算機技術的發展日新月異，除了經典的理論，新技術、新方法和新理論也不斷湧現，吸收和講授新的內容，追求正確的、先進的、可以持續地使用的理論和技術，一直是本書的目標。

王樹理

2014年10月

目錄

第1章緒論

1.1地下建築結構的概念和特點

1.1.1工程特點

1.1.2設計特點

1.2地下建築結構分類和形式

1.2.1居民住宅

1.2.2娛樂場所

1.2.3商業與教育設施建築物

1.2.4特殊設施

1.2.5地下停車場

1.2.6工業設施

1.2.7軍事及民防設施

1.2.8儲藏建築

1.2.9交通運輸

1.2.10公共隧道

1.2.11地下採礦巷道

1.2.12明挖基坑結構

複習思考題

第2章地下建築結構設計方法

2.1土中地下支護結構設計方法

2.1.1勘察

2.1.2襯砌設計

2.1.3地面沉降控制

2.1.4土體移動對結構的影響

2.2岩石中地下支護結構設計方法

2.2.1計算機模型在開挖設計中的作用

2.2.2地下開挖引起圍岩變形的基本分析

2.2.3軸對稱彈塑性分析

2.2.4依賴於時間的變形對開挖穩定性的影響

2.2.5水壓力對開挖穩定性的影響

2.2.6圓形開挖圍岩的實際狀態與厚壁圓筒理論的比較

2.2.7古典彈性非彈性分析與實際的關聯

2.2.8開挖支護

2.2.9斷面對開挖穩定性的影響

2.2.10支護的實際效果

2.2.11開挖面上岩體的穩定性

2.2.12支護設計方法

2.2.13開挖穩定性的不連續分析

2.2.14總結

2.3地下建築結構設計內容

2.4地下建築結構設計規範

複習思考題

第3章地下建築結構設計計算理論

3.1土壓力計算理論

3.1.1土壓力及其分類

3.1.2靜止土壓力

3.1.3朗肯土壓力理論

3.1.4庫侖土壓力理論

3.2岩石力學計算理論

3.2.1圍岩壓力及分類

3.2.2非圓形洞室等代圓法

3.2.3圓形洞室圍岩線彈性應力和位移分析

3.2.4圓形洞室圍岩彈塑性應力和位移分析

3.2.5非軸對稱條件下圍岩的應力分布特徵

3.2.6圍岩與支護結構的相互作用

複習思考題

習題

第4章盾構法隧道襯砌結構設計

4.1盾構法概述

4.1.1盾構法隧道襯砌設計流程

4.1.2盾構法隧道結構設計程式包括的主要內容

4.1.3盾構法隧道結構設計常用名詞及圖示符號

4.2盾構襯砌結構設計方法

4.2.1設計原則

4.2.2荷載

4.2.3襯砌材料

4.2.4安全係數

4.2.5管片結構設計計算

4.2.6斷面安全性檢驗

4.2.7連線縫構造計算

4.2.8襯砌安全性校核

4.2.9管片構造

4.2.10管片的生產

4.2.11二次襯砌

4.3設計實例

複習思考題

習題

第5章鑽爆法隧道結構設計

5.1引言

5.2鑽爆法掘進隧道

5.2.1衝擊鑽進法的原理

5.2.2隧道鑿岩台車選擇

5.3台階爆破設計

5.4輪廓爆破

5.4.1線性鑽眼

5.4.2預裂爆破

5.4.3光面爆破

5.5隧道爆破設計

5.5.1掏槽區炮眼設計(A區)

5.5.2底眼設計(E區)

5.5.3非光面爆破洞室直牆/拱頂周邊眼設計(B區)

5.5.4光面爆破洞室直牆/拱頂周邊眼設計(B區)

5.5.5輔助眼設計(B區、C區)

5.6爆破損傷及控制

5.7隧道支護結構設計

5.7.1支護結構概述

5.7.2常用支護類型及其受力特點

5.7.3支護結構抗力設計計算

5.7.4組合支護體系特性

5.8注漿結構設計

5.8.1概述

5.8.2注漿設計方法

5.8.3滲透水泥漿注漿

5.8.4滲透化學注漿

5.8.5劈裂注漿

5.8.6壓密注漿

5.8.7高壓射流注漿

複習思考題

習題

第6章非開挖頂管結構設計

6.1概述

6.2頂管技術結構設計

6.2.1土層工程地質勘察

6.2.2頂管工作井設計

6.2.3頂進力的分析計算

6.2.4后座牆設計

6.3頂管施工方法、設備和管材

6.3.1頂管施工方法

6.3.2中繼環結構及原理

6.3.3頂管頂進方向控制

6.3.4減少頂進阻力的措施

6.3.5各類管道及其接口

複習思考題

第7章明挖基坑支護結構設計

7.1支護結構類型

7.1.1重力式擋土牆

7.1.2排樁與地下連續牆式擋土結構

7.1.3逆作拱牆擋土結構

7.1.4土釘支護結構

7.2支護結構設計

7.2.1設計依據及所需資料

7.2.2混凝土重力式擋牆設計

7.2.3排樁與地下連續牆式支護結構設計

7.2.4土層錨桿設計

7.2.5土釘牆支護結構設計

複習思考題

習題

第8章沉井結構設計

8.1沉井概述

8.1.1沉井分類

8.1.2沉井設計原則

8.1.3沉井施工步驟

8.2沉井構造

8.3沉井結構設計計算

8.3.1下沉係數計算

8.3.2沉井底節驗算

8.3.3沉井井壁計算

8.3.4沉井刃腳驗算

8.3.5沉井封底計算

8.3.6沉井底板計算

8.3.7沉井抗浮穩定驗算

複習思考題

第9章沉管結構設計

9.1沉管結構概述

9.2沉管結構設計

9.2.1沉管結構所受荷載

9.2.2浮力設計

9.2.3結構分析與配筋

9.3接縫管段處理與防水措施

9.3.1變形縫布置與構造

9.3.2止水縫帶

9.3.3管段外壁防水措施

9.3.4鋼殼與鋼板防水

9.3.5卷材防水

9.4管段沉沒與水下連線

9.4.1沉沒方法與設備

9.4.2水下連線

9.5管段接頭

9.5.1剛性接頭

9.5.2柔性接頭

9.6沉管基礎

9.6.1地質條件與沉管基礎

9.6.2基礎處理

9.6.3軟弱土層上的沉管基礎

複習思考題

第10章地下建築工程降水與防水設計

10.1地下水的類型及性質

10.1.1地下水的基本類型

10.1.2地下水的基本性質

10.2地下建築工程降水設計

10.2.1地下建築工程降水方法

10.2.2降水工程的平面布置

10.2.3基坑總排水量計算

10.2.4單井最大出水量計算

10.2.5井點間距計算

10.2.6降深與降水預測

10.2.7降水觀測

10.2.8井點管拔除

10.3地下建築工程防水設計

10.3.1設計原則

10.3.2設計要求

10.3.3地下工程防水等級與設防要求

10.4地下建築防水材料

10.4.1卷材防水層

10.4.2塗料防水層

10.4.3塑膠防水板防水層

10.4.4膨潤土板(毯)防水層

10.5地下建築混凝土結構防水

10.5.1變形縫防水

10.5.2施工縫防水構造

10.5.3後澆帶防水

10.6地下建築工程環境保護

10.6.1環境、環境問題及環境保護

10.6.2地下工程環境保護的內容

10.6.3地下工程環境保護的意義

10.6.4地下工程環境保護方法

複習思考題

習題

參考文獻

圖書簡介

本書系統地介紹了目前代表全球主流大學土木工程相關地下建築結構設計教學中的最主要的、流行的地下建築結構設計種類、設計理論、設計原理及設計方法，突出地下建築結構的設計，旨在培養地下建築結構的設計人才。全書共分10章，內容包括緒論；地下建築結構設計方法；地下建築結構設計計算理論；盾構法隧道襯砌結構設計；鑽爆法隧道結構設計；非開挖頂管結構設計；明挖基坑支護結構設計；沉井結構設計；沉管結構設計；地下建築工程降水與防水設計。 全書集成的大量圖表、公式、例題、複習思考題和習題方便讀者理解書中的內容。本書可作為大土木工程地下建築工程本科生、研究生教材，供地下工程、地質工程、岩土工程、隧道工程等新土木工程領域相關專業高校師生及廣大科技工作者使用或參考。