穿越断层区隧道工程地压特征及新型支护理论
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作者彭金咏
出版社科学出版社
ISBN9787030788184
出版时间2024-06
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定价268元
货号1203309582
上书时间2024-09-05
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前言
第1章 绪论1
1.1 概述1
1.2 国内外研究现状2
1.2.1 国内工程实践及施工技术水平2
1.2.2 断层对地应力场的影响研究现状3
1.2.3 初始地应力场反演研究现状6
1.2.4 节理岩体变形研究现状11
1.2.5 支护理论与方法研究现状13
1.2.6 数值方法的研究及其应用现状15
1.3 主要内容17
第2章 断层区域地应力状态20
2.1 概述20
2.2 地应力的成因及其影响因素21
2.3 断层模型概述24
2.3.1 法向变形模型24
2.3.2 切向变形模型26
2.3.3 剪切强度27
2.4 断层周边应力场分布规律的DDM分析28
2.4.1 计算模型28
2.4.2 断层附近应力方向29
2.4.3 断层附近应力大小30
2.4.4 受载后断层附近位移分布31
2.4.5 断层应力与变形32
2.4.6 断层影响范围32
2.5 断层力学参数的影响34
2.5.1 断层刚度34
2.5.2 断层尺寸35
2.5.3 断层内摩擦角36
2.6 断层影响范围的影响因素分析37
2.6.1 计算模型37
2.6.2 断层倾角对影响范围的影响37
2.6.3 断层内摩擦角对影响范围的影响38
2.6.4 断层黏聚力对影响范围的影响39
2.7 线性与非线性断层模型比较41
2.7.1 计算模型41
2.7.2 断层附近应力场比较42
2.7.3 断层附近位移场比较43
2.7.4 断层应力比较43
2.7.5 断层变形比较43
2.7.6 断层影响范围比较44
2.8 小结45
第3章 断层发育区地应力场的DDM建模与反演46
3.1 概述46
3.2 半平面非连续介质问题力学方法47
3.2.1 含不连续面有限层弹性半平面问题描述47
3.2.2 层状弹性半平面问题的DDM基本解48
3.2.3 复合半平面问题的DDM基本解57
3.2.4 黏弹性介质充填裂隙问题的DDM基本解58
3.3 DDM及其在地应力场模拟中的应用61
3.3.1 DDM原理及其基本方程61
3.3.2 DDM高精度化探讨63
3.3.3 三维DDM基本理论65
3.4 断层破碎带岩体非线性特性及其DDM建模69
3.4.1 断层的流变本构关系69
3.4.2 断层带非线性变形特性70
3.5 复杂构造应力场的DDM实用计算方法71
3.5.1 基于有限实测值的地应力场DDM反演71
3.5.2 基于断层产状参数和线性规划法的地应力场DDM反演73
3.6 实例分析74
3.6.1 基于有限实测值的三维初始应力场DDM模拟74
3.6.2 基于断层产状参数的三维初始应力场DDM模拟82
3.7 小结84
第4章 断层破碎带岩体变形特性及其评价85
4.1 断层破碎带岩体结构特征及其等效叠加模型85
4.1.1 岩体结构特征85
4.1.2 岩体结构等效叠加模型87
4.2 断层破碎带岩体变形特性88
4.2.1 研究现状分析88
4.2.2 岩体变形特性88
4.3 应力-应变关系特点及其一般化本构模型113
4.3.1 裂隙对岩体弹性模量、泊松比与剪切模量的影响113
4.3.2 裂隙岩体的弹性柔度矩阵115
4.3.3 裂隙岩体的弹性本构方程118
4.3.4 裂隙岩体的弹塑性本构方程119
4.3.5 模型中参数的确定120
4.4 断层区岩体各向异性特征的评价方法122
4.4.1 理论基础及研究现状122
4.4.2 裂隙岩体变形特性一维柱状结构模型的构建128
4.4.3 断层带裂隙岩体变形方向特性判定方法的构建135
4.5 工程实例分析139
4.6 小结143
第5章 断层破碎带岩体剪胀机理及其评价145
5.1 概述145
5.2 裂隙演化阶段及体积应变状态147
5.3 非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容149
5.3.1 规则排列非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容149
5.3.2 随机分布非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容151
5.3.3 非规则排列交互贯通裂隙岩体剪胀特性158
5.4 裂隙岩体压剪扩容的DDM数值方法160
5.4.1 基础理论160
5.4.2 基于DDM计算结果的体积应变计算169
5.4.3 裂隙岩体压剪扩容DDM程序实现170
5.4.4 DDM数值方法适用性检验170
5.5 基于岩块变形模量及裂隙面刚度特性的剪胀预测173
5.6 小结176
第6章 开挖卸载条件下断层破碎带岩体变形及宏观位移特性177
6.1 概述177
6.2 开挖卸载扰动特性及变形位移的局部化178
6.3 扰动位移影响因素及其敏感性分析180
6.3.1 隧道与破碎带夹角的影响180
6.3.2 破碎带与两侧岩体弹性模量比的影响185
6.3.3 水平侧压系数的影响190
6.4 工程开挖卸载条件下裂隙岩体扩容处理203
6.4.1 裂隙岩体加卸载体积应变DDM处理方法204
6.4.2 DDM的应用拓展204
6.4.3 案例计算205
6.4.4 无限域内局部开挖卸载问题206
6.4.5 卸载条件下裂隙岩体体积增大问题208
6.5 小结210
第7章 断层构造区围岩地压特性及其合理支护方式211
7.1 地压特征及其影响因素分析211
7.1.1 经典地压理论及其合理性211
7.1.2 基于三维数值方法的地压特征曲线建立216
7.1.3 地质因素对地压特征曲线的影响219
7.1.4 隧道围岩及支护结构卸载位移特性222
7.1.5 应力释放与支护时间优化226
7.2 断层带隧道合理支护方式及其稳定性227
7.2.1 隧道支护方式227
7.2.2 典型支护方式比较228
7.3 穿越断裂带隧道施工工艺的很优化及应用233
7.3.1 传统围岩与支护共同作用理论及适用性233
7.3.2 基于支护结构强度和变形综合优化的支护理论及施工工艺236
7.4 小结242
第8章 穿越断层带隧道稳定性及其灾变预控244
8.1 概述244
8.2 基于支护结构强度及位移的隧道施工预控方法244
8.3 基于现场监测及线性规划法的优化反演方法245
8.3.1 优化反演的基本理论245
8.3.2 优化反演程序流程247
8.4 断层带隧道开挖扰动特性及其工艺优化247
8.4.1 数值模型的建立249
8.4.2 隧道不同开挖方法数值模拟结果251
8.4.3 不同开挖方法比选分析261
8.5 断层区隧道结构地震响应特性及减振技术272
8.5.1 工程概况及数值建模272
8.5.2 不同支护的模型参数275
8.5.3 计算工况277
8.5.4 不同支护计算结果比较278
8.6 断层区隧道开挖岩体加固方式及其作用机理290
8.6.1 断层带岩体合理加固方式及其作用效果290
8.6.2 预应力加固锚杆长度的影响295
8.7 小结298
第9章 实例应用299
9.1 概述299
9.2 应用案例1——基于现场监测及线性规划法的优化反演302
9.2.1 工程及地质概况302
9.2.2 反馈分析FEM数值模型302
9.2.3 监测数据的选择302
9.2.4 1—1断面(4#机组断面)反演结果303
9.2.5 各期开挖稳定性预测309
9.3 应用案例2——南湾隧道316
9.3.1 地层岩性316
9.3.2 地质构造316
9.3.3 围岩稳定性数值模拟分析318
9.3.4 监控量测分析326
9.3.5 隧道开挖331
9.3.6 初期支护332
9.3.7 注浆施工与控制措施333
9.4 小结339
第10章 结论341
参考文献344
内容摘要
本书系统地阐述穿越断层带隧道建设复杂理论和关键技术，综合反映作者在该领域的科研成果。核心内容：1）适用于层状异性介质、半无限体及复合平面、断层带非线性变形等问题的DDM理论和数值方法、任意构造应力场优化反演方法；2）裂隙岩体剪胀变形的力学成因及其体积应变的计算方法；3）基于统一本构模型和一维柱状结构，构建裂隙岩体非线性变形的多元件组合模型及解析方法、各向异性裂隙岩体三维非线性应力应变关系的模拟方法；4）通过构建变形模量球坐标，融合一维柱状结构与概率分布评价方法，建立断层带裂隙岩体各向异性特征的定量评价方法；5）断层带岩体开挖扰动位移的局部化特性；6）支护结构强度和变形综合优化的支护理论体系。
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