穿越斷層區(qū)隧道工程地壓特征及新型支護理論

目錄
前言
第1章 緒論1
1.1 概述1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀2
1.2.1 國內工程實踐及施工技術水平2
1.2.2 斷層對地應力場的影響研究現(xiàn)狀3
1.2.3 初始地應力場反演研究現(xiàn)狀6
1.2.4 節(jié)理巖體變形研究現(xiàn)狀11
1.2.5 支護理論與方法研究現(xiàn)狀13
1.2.6 數(shù)值方法的研究及其應用現(xiàn)狀15
1.3 主要內容17
第2章 斷層區(qū)域地應力狀態(tài)20
2.1 概述20
2.2 地應力的成因及其影響因素21
2.3 斷層模型概述24
2.3.1 法向變形模型24
2.3.2 切向變形模型26
2.3.3 剪切強度27
2.4 斷層周邊應力場分布規(guī)律的DDM分析28
2.4.1 計算模型28
2.4.2 斷層附近應力方向29
2.4.3 斷層附近應力大小30
2.4.4 受載后斷層附近位移分布31
2.4.5 斷層應力與變形32
2.4.6 斷層影響范圍32
2.5 斷層力學參數(shù)的影響34
2.5.1 斷層剛度34
2.5.2 斷層尺寸35
2.5.3 斷層內摩擦角36
2.6 斷層影響范圍的影響因素分析37
2.6.1 計算模型37
2.6.2 斷層傾角對影響范圍的影響37
2.6.3 斷層內摩擦角對影響范圍的影響38
2.6.4 斷層黏聚力對影響范圍的影響39
2.7 線性與非線性斷層模型比較41
2.7.1 計算模型41
2.7.2 斷層附近應力場比較42
2.7.3 斷層附近位移場比較43
2.7.4 斷層應力比較43
2.7.5 斷層變形比較43
2.7.6 斷層影響范圍比較44
2.8 小結45
第3章 斷層發(fā)育區(qū)地應力場的DDM建模與反演46
3.1 概述46
3.2 半平面非連續(xù)介質問題力學方法47
3.2.1 含不連續(xù)面有限層彈性半平面問題描述47
3.2.2 層狀彈性半平面問題的DDM基本解48
3.2.3 復合半平面問題的DDM基本解57
3.2.4 黏彈性介質充填裂隙問題的DDM基本解58
3.3 DDM及其在地應力場模擬中的應用61
3.3.1 DDM原理及其基本方程61
3.3.2 DDM高精度化探討63
3.3.3 三維DDM基本理論65
3.4 斷層破碎帶巖體非線性特性及其DDM建模69
3.4.1 斷層的流變本構關系69
3.4.2 斷層帶非線性變形特性70
3.5 復雜構造應力場的DDM實用計算方法71
3.5.1 基于有限實測值的地應力場DDM反演71
3.5.2 基于斷層產狀參數(shù)和線性規(guī)劃法的地應力場DDM反演73
3.6 實例分析74
3.6.1 基于有限實測值的三維初始應力場DDM模擬74
3.6.2 基于斷層產狀參數(shù)的三維初始應力場DDM模擬82
3.7 小結84
第4章 斷層破碎帶巖體變形特性及其評價85
4.1 斷層破碎帶巖體結構特征及其等效疊加模型85
4.1.1 巖體結構特征85
4.1.2 巖體結構等效疊加模型87
4.2 斷層破碎帶巖體變形特性88
4.2.1 研究現(xiàn)狀分析88
4.2.2 巖體變形特性88
4.3 應力-應變關系特點及其一般化本構模型113
4.3.1 裂隙對巖體彈性模量、泊松比與剪切模量的影響113
4.3.2 裂隙巖體的彈性柔度矩陣115
4.3.3 裂隙巖體的彈性本構方程118
4.3.4 裂隙巖體的彈塑性本構方程119
4.3.5 模型中參數(shù)的確定120
4.4 斷層區(qū)巖體各向異性特征的評價方法122
4.4.1 理論基礎及研究現(xiàn)狀122
4.4.2 裂隙巖體變形特性一維柱狀結構模型的構建128
4.4.3 斷層帶裂隙巖體變形方向特性判定方法的構建135
4.5 工程實例分析139
4.6 小結143
第5章 斷層破碎帶巖體剪脹機理及其評價145
5.1 概述145
5.2 裂隙演化階段及體積應變狀態(tài)147
5.3 非貫通節(jié)理斷裂擴展及其孔隙性擴容149
5.3.1 規(guī)則排列非貫通節(jié)理斷裂擴展及其孔隙性擴容149
5.3.2 隨機分布非貫通節(jié)理斷裂擴展及其孔隙性擴容151
5.3.3 非規(guī)則排列交互貫通裂隙巖體剪脹特性158
5.4 裂隙巖體壓剪擴容的DDM數(shù)值方法160
5.4.1 基礎理論160
5.4.2 基于DDM計算結果的體積應變計算169
5.4.3 裂隙巖體壓剪擴容DDM程序實現(xiàn)170
5.4.4 DDM數(shù)值方法適用性檢驗170
5.5 基于巖塊變形模量及裂隙面剛度特性的剪脹預測173
5.6 小結176
第6章 開挖卸載條件下斷層破碎帶巖體變形及宏觀位移特性177
6.1 概述177
6.2 開挖卸載擾動特性及變形位移的局部化178
6.3 擾動位移影響因素及其敏感性分析180
6.3.1 隧道與破碎帶夾角的影響180
6.3.2 破碎帶與兩側巖體彈性模量比的影響185
6.3.3 水平側壓系數(shù)的影響190
6.4 工程開挖卸載條件下裂隙巖體擴容處理203
6.4.1 裂隙巖體加卸載體積應變DDM處理方法204
6.4.2 DDM的應用拓展204
6.4.3 案例計算205
6.4.4 無限域內局部開挖卸載問題206
6.4.5 卸載條件下裂隙巖體體積增大問題208
6.5 小結210
第7章 斷層構造區(qū)圍巖地壓特性及其合理支護方式211
7.1 地壓特征及其影響因素分析211
7.1.1 **地壓理論及其合理性211
7.1.2 基于三維數(shù)值方法的地壓特征*線建立216
7.1.3 地質因素對地壓特征*線的影響219
7.1.4 隧道圍巖及支護結構卸載位移特性222
7.1.5 應力釋放與支護時間優(yōu)化226
7.2 斷層帶隧道合理支護方式及其穩(wěn)定性227
7.2.1 隧道支護方式227
7.2.2 典型支護方式比較228
7.3 穿越斷裂帶隧道施工工藝的*優(yōu)化及應用233
7.3.1 傳統(tǒng)圍巖與支護共同作用理論及適用性233
7.3.2 基于支護結構強度和變形綜合優(yōu)化的支護理論及施工工藝236
7.4 小結242
第8章 穿越斷層帶隧道穩(wěn)定性及其災變預控244
8.1 概述244
8.2 基于支護結構強度及位移的隧道施工預控方法244
8.3 基于現(xiàn)場監(jiān)測及線性規(guī)劃法的優(yōu)化反演方法245
8.3.1 優(yōu)化反演的基本理論245
8.3.2 優(yōu)化反演程序流程247
8.4 斷層帶隧道開挖擾動特性及其工藝優(yōu)化247
8.4.1 數(shù)值模型的建立249
8.4.2 隧道不同開挖方法數(shù)值模擬結果251
8.4.3 不同開挖方法比選分析261
8.5 斷層區(qū)隧道結構地震響應特性及減振技術272
8.5.1 工程概況及數(shù)值建模272
8.5.2 不同支護的模型參數(shù)275
8.5.3 計算工況277
8.5.4 不同支護計算結果比較278
8.6 斷層區(qū)隧道開挖巖體加固方式及其作用機理290
8.6.1 斷層帶巖體合理加固方式及其作用效果290
8.6.2 預應力加固錨桿長度的影響295
8.7 小結298
第9章 實例應用299
9.1 概述299
9.2 應用案例1——基于現(xiàn)場監(jiān)測及線性規(guī)劃法的優(yōu)化反演302
9.2.1 工程及地質概況302
9.2.2 反饋分析FEM數(shù)值模型302
9.2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)的選擇302
9.2.4 1—1斷面(4#機組斷面)反演結果303
9.2.5 各期開挖穩(wěn)定性預測309
9.3 應用案例2——南灣隧道316
9.3.1 地層巖性316
9.3.2 地質構造316
9.3.3 圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析318
9.3.4 監(jiān)控量測分析326
9.3.5 隧道開挖331
9.3.6 初期支護332
9.3.7 注漿施工與控制措施333
9.4 小結339
第10章 結論341
參考文獻344