地下洞室围岩劈裂及时效性机理研究

　　随着我国基础设施建设高速发展，西部地区水电建设项目的地下工程呈现出规模空前、工程地质条件复杂、大埋深和高地应力等特点。以二滩工程为例，高边墙地下洞室围岩由于具有高地应力低强度应力比特征，在开挖卸荷过程中诱发了围岩时效劈裂大变形的非线性力学行为。本研究采用模型试验、理论和数值模拟等综合分析方法揭示（时效）劈裂强度破坏条件和变形机制；通过开展高应力条件下真实岩石材料加卸荷试验和相似材料三维地质力学模型试验，探索时效损伤破裂特征，揭示围岩（时效）劈裂力学变化规律与演化机制；在现场监测、系统模型试验研究的基础上，通过断裂、损伤力学、流变力学和能量耗散等理论研究，建立反映高应力条件下硬脆性裂隙岩体卸荷（时效）损伤劈裂准则和本构模型，并提出模拟时效劈裂的数值分析方法，继而实现应用于工程实践的地下洞室围岩时效劈裂安全性的分析和评价方法。本研究将对深部水电工程地质学及岩体工程稳定学领域有重要的理论意义和实际工程应用价值。本书可供水利、矿山等专业的科研工作者或相关专业的高等院校师生作为参考书。

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前言
第1章绪论
1.1引言
1.2国内外研究现状
1.2.1裂纹扩展
1.2.2深部岩体力学的特点和岩石的脆性特征
1.2.3能量耗散
1.3研究内容
第2章现场岩石试件强度特性分析
2.1引言
2.2岩石单轴和三轴压缩及单轴情况下卸载试验研究
2.2.1试件的制备
2.2.2试验步骤
2.2.3试验结果及分析
2.2.4强度特征
2.2.5岩样的破坏特征及损伤机理分析
2.2.6岩石的扩容特性
2.3模拟洞室开挖的加载－卸围压试验研究
2.3.1类岩石材料试件的制备
2.3.2三轴加卸载装置工作原理及加卸载试验过程
2.3.3岩体加卸载破坏时的应力－应变特征
2.3.4洞室开挖模拟过程中的声发射特征
2.4本章小结
第3章劈裂裂缝形成机理的细观能量法分析
3.1脆性岩石材料破坏的各阶段特征分析
3.2裂纹扩展的能量法解析
3.2.1裂纹扩展过程中的应变能释放率和能量守恒定律
3.2.2张拉荷载作用下的裂纹扩展能量分析
3.2.3压缩荷载作用下的裂纹扩展能量分析
3.3压缩荷载下劈裂裂缝的细观能量模型
3.4脆性岩石黏结弱化摩擦强化效应
3.5高地应力下岩体脆性破坏的相关讨论
3.6本章小结
第4章劈裂裂缝形成机理的宏观分析研究
4.1劈裂裂纹的贯通机理
4.1.1翼形裂纹的扩展贯通
4.1.2形成劈裂裂纹的翼形裂纹临界长度与临界间距的确定
4.2劈裂裂缝形成后岩柱失稳的薄板压屈理论研究
4.2.1问题的提出
4.2.2薄板压屈的临界荷载
4.2.3薄板压屈能量耗散分析
4.3本章小结
第5章洞室劈裂破坏判据和位移预测分析方法研究
5.1国内外对洞室产生脆性破坏判据的研究
5.2围岩产生劈裂破坏的稳定性判据
5.2.1脆性破损区的估算
5.2.2劈裂破坏的围岩稳定性判据
5.3位移预测分析方法
5.3.1裂纹扩展引起的变形分析
5.3.2裂纹密度经验公式
5.3.3工程现场位移的预测方法
5.3.4位移预测方法的验证
5.4本章小结
第6章劈裂破坏的数值模拟研究
6.1能量法分析地下洞群稳定性
6.1.1基本思路
6.1.2二滩工程实例分析
6.2围岩稳定性判据的应用
6.3地下洞室劈裂破坏数值模拟分析
6.3.1数值计算方案
6.3.2结果分析
6.4本章小结
第7章深部洞室围岩时效劈裂破坏现象的模型试验
7.1引言
7.2相似材料的制作
7.2.1相似概述
7.2.2相似材料的研制
7.2.3相似材料配比的确定
7.3模型试验系统的选用
7.3.1模型加载系统
7.3.2数据采集分析系统
7.4围岩时效劈裂破坏地质力学模型试验方法
7.4.1模型试验方案设计
7.4.2试验模型制作方法
7.4.3测量元件的布置
7.4.4模型的加载与开挖
7.5模型试验结果及分析
7.5.1工况一、二、三条件下模型边墙破坏现象的对比研究
7.5.2工况一、四条件下模型边墙时效破裂现象的对比分析
7.5.3模型边墙位移和应变的变化规律
7.6模型试验与现场监测对比分析
7.7本章小结
第8章时效劈裂力学模型的构建和验证
8.1卸荷过程微裂隙周边应力场的变化
8.2劈裂塑性体
8.3流变元件及组合模型
8.3.1流变元件及其变形特性
8.3.2经典组合流变模型及特性
8.4时效劈裂模型的建立
8.5时效劈裂模型的本构方程
8.6模型参数识别
8.6.1 1stOpt软件介绍
8.6.2利用1st0pt软件进行模型参数识别
8.7本章小结
参考文献