地下建筑结构设计（第3版）前言

2006年，我在加拿大McGill University做访问学者的时候，考察了McGill University和University of Toronto的土木工程方向的科研方向、教学和教材，于2007年组织了燕山大学的王树仁、北方工业大学的孙世国、河北大学的杨万斌、北京航空航天大学的朱建明同行编著了第一版的《地下建筑结构设计》。2008年《地下建筑结构设计》被评为北京高等教育精品教材。2009年对本书补充了大量的例题和复习思考题及习题，出版了第二版。2014年我再次赴美国Michigan Technological University做访问学者，先后又考察了世界前50强美国大学中的7所大学（依据http://cwur.org)，对美国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、教学和教材再次进行考察和研究，决定对本书进行第三次修订，出版第三版。

第三版书中所谈到的设计计算理论，虽然有的文献年代稍早，看似陈旧，但是明白

经典的土力学和岩石力学理论经过几十年的发展，仍然没有重大的突破，大家也就可以理

解。能够有所发展的是计算机技术在土力学和岩石力学中的应用，如有限元、边界元等应

用在地下建筑结构的设计中，这使得这个古老的学科能够赶上时代，得以重生。很难想象，假如今天没有计算机技术，我们会增加多少成本来实现想要的研究结果。为了适应计算机技术在地下建筑结构设计中的应用，我已经购买了处理地下建筑结构设计中的岩土体问题设计和分析的完整商业软件,包括主要处理岩体问题的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; 处理土体问题的DCfoundation,DCsoil;处理爆破工程设计和分析的2DBench,2DFace,2DRing,2Dview,JKBMS; 用于各种材料的、目前公认的、最优秀的显性动力分析软件LSDYNA。用于钢筋混凝土结构设计的spBeam v350,spColumn v450,spFrame v150,spWall v400,spMats v800,spSlab v350。第三版书的PPT文本将再现计算机技术在地下建筑结构设计中的魅力，并将数值分析的研究成果增加在PPT里面。这个PPT也将不断地升级，通过电子邮件的方式配送到那些教学需要的大学老师的手中。

新版教材中，图片413张，公式335个，表格107个，例题36题，复习思考题54题，习题22题。内容尽可能以形象的图表格式表现，方便自学。考虑到全书的字数限制，对第二版书中的例题、复习思考题和习题进行了优化筛选。地下建筑结构设计的理论和实践随着计算机技术的发展日新月异，除了经典的理论，新技术、新方法和新理论也不断涌现，吸收和讲授新的内容，追求正确的、先进的、可以持续地使用的理论和技术，一直是本书的目标。

王树理

2014年10月

第1章绪论

1.1地下建筑结构的概念和特点

1.1.1工程特点

1.1.2设计特点

1.2地下建筑结构分类和形式

1.2.1居民住宅

1.2.2娱乐场所

1.2.3商业与教育设施建筑物

1.2.4特殊设施

1.2.5地下停车场

1.2.6工业设施

1.2.7军事及民防设施

1.2.8储藏建筑

1.2.9交通运输

1.2.10公共隧道

1.2.11地下采矿巷道

1.2.12明挖基坑结构

复习思考题

第2章地下建筑结构设计方法

2.1土中地下支护结构设计方法

2.1.1勘察

2.1.2衬砌设计

2.1.3地面沉降控制

2.1.4土体移动对结构的影响

2.2岩石中地下支护结构设计方法

2.2.1计算机模型在开挖设计中的作用

2.2.2地下开挖引起围岩变形的基本分析

2.2.3轴对称弹塑性分析

2.2.4依赖于时间的变形对开挖稳定性的影响

2.2.5水压力对开挖稳定性的影响

2.2.6圆形开挖围岩的实际状态与厚壁圆筒理论的比较

2.2.7古典弹性非弹性分析与实际的关联

2.2.8开挖支护

2.2.9断面对开挖稳定性的影响

2.2.10支护的实际效果

2.2.11开挖面上岩体的稳定性

2.2.12支护设计方法

2.2.13开挖稳定性的不连续分析

2.2.14总结

2.3地下建筑结构设计内容

2.4地下建筑结构设计规范

复习思考题

第3章地下建筑结构设计计算理论

3.1土压力计算理论

3.1.1土压力及其分类

3.1.2静止土压力

3.1.3朗肯土压力理论

3.1.4库仑土压力理论

3.2岩石力学计算理论

3.2.1围岩压力及分类

3.2.2非圆形洞室等代圆法

3.2.3圆形洞室围岩线弹性应力和位移分析

3.2.4圆形洞室围岩弹塑性应力和位移分析

3.2.5非轴对称条件下围岩的应力分布特征

3.2.6围岩与支护结构的相互作用

复习思考题

习题

第4章盾构法隧道衬砌结构设计

4.1盾构法概述

4.1.1盾构法隧道衬砌设计流程

4.1.2盾构法隧道结构设计程序包括的主要内容

4.1.3盾构法隧道结构设计常用名词及图示符号

4.2盾构衬砌结构设计方法

4.2.1设计原则

4.2.2荷载

4.2.3衬砌材料

4.2.4安全系数

4.2.5管片结构设计计算

4.2.6断面安全性检验

4.2.7连接缝构造计算

4.2.8衬砌安全性校核

4.2.9管片构造

4.2.10管片的生产

4.2.11二次衬砌

4.3设计实例

复习思考题

习题

第5章钻爆法隧道结构设计

5.1引言

5.2钻爆法掘进隧道

5.2.1冲击钻进法的原理

5.2.2隧道凿岩台车选择

5.3台阶爆破设计

5.4轮廓爆破

5.4.1线性钻眼

5.4.2预裂爆破

5.4.3光面爆破

5.5隧道爆破设计

5.5.1掏槽区炮眼设计(A区)

5.5.2底眼设计(E区)

5.5.3非光面爆破洞室直墙/拱顶周边眼设计(B区)

5.5.4光面爆破洞室直墙/拱顶周边眼设计(B区)

5.5.5辅助眼设计(B区、C区)

5.6爆破损伤及控制

5.7隧道支护结构设计

5.7.1支护结构概述

5.7.2常用支护类型及其受力特点

5.7.3支护结构抗力设计计算

5.7.4组合支护体系特性

5.8注浆结构设计

5.8.1概述

5.8.2注浆设计方法

5.8.3渗透水泥浆注浆

5.8.4渗透化学注浆

5.8.5劈裂注浆

5.8.6压密注浆

5.8.7高压射流注浆

复习思考题

习题

第6章非开挖顶管结构设计

6.1概述

6.2顶管技术结构设计

6.2.1土层工程地质勘察

6.2.2顶管工作井设计

6.2.3顶进力的分析计算

6.2.4后座墙设计

6.3顶管施工方法、设备和管材

6.3.1顶管施工方法

6.3.2中继环结构及原理

6.3.3顶管顶进方向控制

6.3.4减少顶进阻力的措施

6.3.5各类管道及其接口

复习思考题

第7章明挖基坑支护结构设计

7.1支护结构类型

7.1.1重力式挡土墙

7.1.2排桩与地下连续墙式挡土结构

7.1.3逆作拱墙挡土结构

7.1.4土钉支护结构

7.2支护结构设计

7.2.1设计依据及所需资料

7.2.2混凝土重力式挡墙设计

7.2.3排桩与地下连续墙式支护结构设计

7.2.4土层锚杆设计

7.2.5土钉墙支护结构设计

复习思考题

习题

第8章沉井结构设计

8.1沉井概述

8.1.1沉井分类

8.1.2沉井设计原则

8.1.3沉井施工步骤

8.2沉井构造

8.3沉井结构设计计算

8.3.1下沉系数计算

8.3.2沉井底节验算

8.3.3沉井井壁计算

8.3.4沉井刃脚验算

8.3.5沉井封底计算

8.3.6沉井底板计算

8.3.7沉井抗浮稳定验算

复习思考题

第9章沉管结构设计

9.1沉管结构概述

9.2沉管结构设计

9.2.1沉管结构所受荷载

9.2.2浮力设计

9.2.3结构分析与配筋

9.3接缝管段处理与防水措施

9.3.1变形缝布置与构造

9.3.2止水缝带

9.3.3管段外壁防水措施

9.3.4钢壳与钢板防水

9.3.5卷材防水

9.4管段沉没与水下连接

9.4.1沉没方法与设备

9.4.2水下连接

9.5管段接头

9.5.1刚性接头

9.5.2柔性接头

9.6沉管基础

9.6.1地质条件与沉管基础

9.6.2基础处理

9.6.3软弱土层上的沉管基础

复习思考题

第10章地下建筑工程降水与防水设计

10.1地下水的类型及性质

10.1.1地下水的基本类型

10.1.2地下水的基本性质

10.2地下建筑工程降水设计

10.2.1地下建筑工程降水方法

10.2.2降水工程的平面布置

10.2.3基坑总排水量计算

10.2.4单井最大出水量计算

10.2.5井点间距计算

10.2.6降深与降水预测

10.2.7降水观测

10.2.8井点管拔除

10.3地下建筑工程防水设计

10.3.1设计原则

10.3.2设计要求

10.3.3地下工程防水等级与设防要求

10.4地下建筑防水材料

10.4.1卷材防水层

10.4.2涂料防水层

10.4.3塑料防水板防水层

10.4.4膨润土板(毯)防水层

10.5地下建筑混凝土结构防水

10.5.1变形缝防水

10.5.2施工缝防水构造

10.5.3后浇带防水

10.6地下建筑工程环境保护

10.6.1环境、环境问题及环境保护

10.6.2地下工程环境保护的内容

10.6.3地下工程环境保护的意义

10.6.4地下工程环境保护方法

复习思考题

习题

参考文献

本书系统地介绍了目前代表全球主流大学土木工程相关地下建筑结构设计教学中的最主要的、流行的地下建筑结构设计种类、设计理论、设计原理及设计方法，突出地下建筑结构的设计，旨在培养地下建筑结构的设计人才。全书共分10章，内容包括绪论；地下建筑结构设计方法；地下建筑结构设计计算理论；盾构法隧道衬砌结构设计；钻爆法隧道结构设计；非开挖顶管结构设计；明挖基坑支护结构设计；沉井结构设计；沉管结构设计；地下建筑工程降水与防水设计。 全书集成的大量图表、公式、例题、复习思考题和习题方便读者理解书中的内容。本书可作为大土木工程地下建筑工程本科生、研究生教材，供地下工程、地质工程、岩土工程、隧道工程等新土木工程领域相关专业高校师生及广大科技工作者使用或参考。2100433B

本书系统介绍了目前最主要的、流行的地下建筑结构设计种类、设计理论、设计原理、设计方法和设计规范，突出地下建筑支护结构的设计，旨在培养地下建筑结构的设计人才。全书共分10章，内容包括绪论； 地下建筑结构设计哲学； 地下建筑结构设计计算理论； 盾构法隧道衬砌结构设计； 钻爆法隧道结构设计； 非开挖顶管结构设计； 明挖基坑支护结构设计； 沉井结构设计； 沉管结构设计； 地下建筑工程降水与防水设计。

全书内容丰富、理论先进、设计可行，文中附有大量例题，复习思考题和习题，可作为大土木工程地下建筑工程本科生、研究生教材，供地下工程、地质工程、岩土工程、隧道工程等新土木工程领域相关专业高校师生及广大科技工作者使用或参考。

第1章绪论

1.1地下建筑结构的概念和特点

1.1.1工程特点

1.1.2设计特点

1.2地下建筑结构的分类和形式

1.2.1居民住宅

1.2.2娱乐场所

1.2.3商业与教育设施建筑物

1.2.4特殊设施

1.2.5地下停车场

1.2.6工业设施

1.2.7军事及民防设施

1.2.8储藏建筑

1.2.9交通运输

1.2.10公共隧道

1.2.11地下采矿巷道

1.2.12明挖基坑结构

复习思考题

第2章地下建筑结构设计方法

2.1土体中地下支护结构设计方法

2.1.1勘察

2.1.2衬砌设计

2.1.3地面沉降控制

2.1.4土体移动对结构的影响

2.2岩体中地下支护结构设计方法

2.2.1计算机模型在开挖设计中的作用

2.2.2地下开挖引起围岩变形的基本分析

2.2.3轴对称弹塑性分析

2.2.4依赖于时间的变形对开挖稳定性的影响

2.2.5水压力对开挖稳定性的影响

2.2.6圆形开挖围岩的实际状态与厚壁圆筒理论的比较

2.2.7古典弹性非弹性分析与实际的关联

2.2.8开挖支护

2.2.9断面对开挖稳定性的影响

2.2.10支护的实际效果

2.2.11开挖面上岩体的稳定性

2.2.12支护设计方法

2.2.13开挖稳定性的不连续性分析

2.2.14总结

2.3地下建筑结构设计内容

2.4地下建筑结构设计规范

复习思考题

第3章地下建筑结构设计计算理论

3.1土压力计算理论

3.1.1土压力及其分类

3.1.2静止土压力

3.1.3朗肯土压力理论

3.1.4库仑土压力理论

3.2岩石力学计算理论

3.2.1围岩压力及分类

3.2.2非圆形洞室等代圆法

3.2.3圆形洞室围岩线弹性应力和位移分析

3.2.4圆形洞室围岩弹塑性应力和位移分析

3.2.5非轴对称条件下围岩的应力分析

3.2.6围岩与支护结构的相互作用

复习思考题

习题

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