目錄
《巖石力學與工程研究著作叢書》序
《巖石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與意義 1
1.2 深部巖體開挖效應研究現狀 4
1.3 巖體開挖卸荷的動力特性 7
1.4 本書的主要內容 9
參考文獻 10
第2章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學過程和計算模型 19
2.1 巖體開挖的準靜態(tài)和瞬態(tài)卸荷過程 19
2.1.1 鉆孔爆破開挖法與隧道掘進機開挖法 19
2.1.2 準靜態(tài)卸荷與瞬態(tài)卸荷的判定 23
2.1.3 巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學過程 25
2.2 巖體開挖瞬態(tài)卸荷力學過程的數學描述 27
2.2.1 炮孔布置與毫秒延遲起爆順序 27
2.2.2 圍巖二次應力場與分步開挖荷載 29
2.2.3 爆炸荷載及其作用歷程 32
2.2.4 巖體開挖瞬態(tài)卸荷起始時刻與持續(xù)時間估算 40
2.2.5 巖體開挖瞬態(tài)卸荷方式 42
2.3 爆炸荷載與開挖瞬態(tài)卸荷的耦合作用計算模型 44
2.3.1 爆炸荷載的施加 44
2.3.2 開挖瞬態(tài)卸荷過程的模擬 48
2.3.3 耦合作用計算模型及其實現 50
2.4 小結 51
參考文獻 51
第3章 鉆爆開挖過程圍巖應力和應變能的瞬態(tài)調整機制 54
3.1 開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖瞬態(tài)應力場 54
3.1.1 圍巖瞬態(tài)應力場計算的解析方法 54
3.1.2 瞬態(tài)卸荷引起的圍巖二次應力動態(tài)調整過程 60
3.1.3 全斷面毫秒爆破下的隧洞圍巖二次應力演化與分布規(guī)律 65
3.2 爆炸荷載和瞬態(tài)卸荷耦合作用下的圍巖總動應力場 69
3.2.1 爆炸荷載作用引起的圍巖動應力場 69
3.2.2 爆炸荷載和瞬態(tài)卸荷耦合作用引起的圍巖總動應力場 74
3.3 圍巖應變能的集聚過程與空間分布規(guī)律 79
3.3.1 圍巖應變能的計算 80
3.3.2 開挖過程圍巖中的能量平衡 82
3.3.3 開挖過程圍巖中的能量傳輸 85
3.3.4 圍巖應變能的積聚特征 88
3.4 開挖過程圍巖應變能的釋放 89
3.4.1 能量釋放指標 89
3.4.2 圍巖能量釋放規(guī)律 90
3.4.3 圍巖能量釋放的影響因素 100
3.5 小結 104
參考文獻 105
第4章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)的圍巖振動 108
4.1 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動的機制及影響因素 108
4.1.1 靜水應力場中巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動的解析解 108
4.1.2 巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動的影響因素 109
4.1.3 非靜水應力場中巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)圍巖振動 114
4.2 瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動與爆破振動的比較 116
4.2.1 爆破振動及影響因素 116
4.2.2 質點峰值振動速度比較 122
4.2.3 振動頻率比較 125
4.2.4 實測深埋隧洞開挖過程振動信號的頻譜特性 125
4.3 實測瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動的識別與分離 133
4.3.1 深埋隧洞鉆爆開挖過程的實測圍巖振動 134
4.3.2 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動的識別 138
4.3.3 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動的分離 142
4.4 開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動的傳播規(guī)律 146
4.4.1 基于量綱分析推導的激發(fā)振動預測公式 147
4.4.2 實測開挖卸荷激發(fā)圍巖振動衰減規(guī)律 150
4.5 小結 156
參考文獻 157
第5章 深部巖體爆破開挖引起的圍巖開裂機制和巖爆效應 159
5.1 深埋隧洞爆破開挖過程的裂紋擴展模型 160
5.2 爆炸應力波驅動的巖體開裂機制 161
5.2.1 翼型裂紋擴展的臨界條件 162
5.2.2 巖體開裂特征 162
5.3 準靜態(tài)卸荷引起的圍巖開裂機制 165
5.3.1 翼型裂紋產生的臨界條件 165
5.3.2 圍巖開裂范圍與翼型裂紋擴展方向 167
5.4 瞬態(tài)卸荷誘導的圍巖開裂機制及影響因素 168
5.4.1 圍巖開裂范圍 168
5.4.2 圍巖開裂的影響因素 169
5.5 開挖卸荷誘導的巖爆效應 172
5.5.1 圍巖開裂過程中的能量變化 172
5.5.2 不同卸荷方式下應變型巖爆的特征 177
5.5.3 巖爆碎塊彈射速率 179
5.5.4 錦屏二級水電站深埋隧洞開挖過程中的巖爆 180
5.6 小結 186
參考文獻 186
第6章 深部巖體爆破開挖過程中的圍巖損傷演化機制 189
6.1 深部巖體鉆爆開挖導致圍巖損傷機理 189
6.1.1 巖體開挖瞬態(tài)卸荷誘發(fā)圍巖損傷機理 189
6.1.2 爆炸荷載作用下的圍巖損傷機理 190
6.2 深部巖體鉆爆開挖圍巖損傷模型 191
6.2.1 損傷破壞準則 191
6.2.2 損傷演化方程 192
6.2.3 損傷變量閾值 193
6.3 深部巖體鉆爆開挖圍巖損傷演化過程 194
6.3.1 瞬態(tài)卸荷作用下的圍巖損傷演化過程 195
6.3.2 爆炸荷載與瞬態(tài)卸荷耦合作用下的圍巖損傷演化過程 198
6.3.3 工程實例分析 203
6.4 錦屏二級水電站深埋隧洞爆破開挖圍巖損傷區(qū)檢測及特性研究 208
6.4.1 工程概況 208
6.4.2 損傷區(qū)檢測方法 209
6.4.3 損傷區(qū)檢測結果 210
6.4.4 深埋隧洞爆破開挖圍巖損傷特性 214
6.5 小結 217
參考文獻 218
第7章 開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖松動與變形機制 220
7.1 節(jié)理巖體開挖瞬態(tài)卸荷松動機理 220
7.1.1 開挖瞬態(tài)卸荷松動的能量模型 220
7.1.2 開挖瞬態(tài)卸荷松動的應力波模型 222
7.1.3 開挖瞬態(tài)卸荷松動的影響因素 228
7.1.4 平行節(jié)理組切割巖體的卸荷松動模型 229
7.2 開挖瞬態(tài)卸荷引起節(jié)理巖體松動模擬試驗 234
7.2.1 松動模擬試驗系統設計 234
7.2.2 模型材料的選擇與相似分析 235
7.2.3 松動模擬試驗過程 237
7.2.4 試驗結果分析 241
7.3 節(jié)理巖體爆破松動機理 244
7.3.1 爆破松動的應力波模型 244
7.3.2 爆破松動的動力有限元分析 247
7.4 含結構面地下廠房高邊墻開挖卸荷松動變形實例分析 250
7.4.1 瀑布溝水電站工程概況 251
7.4.2 開挖過程地下廠房實測變形 252
7.4.3 高邊墻開挖卸荷松動變形數值分析 254
7.4.4 計算結果與實測數據的對比 259
7.5 小結 261
參考文獻 262
第8章 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷動力效應控制技術 264
8.1 深埋洞室開挖程序優(yōu)化 264
8.1.1 典型水電站地下廠房洞群開挖程序 265
8.1.2 大型地下廠房開挖程序比較與分析 270
8.1.3 深埋地下廠房開挖輪廓爆破方式比選 273
8.2 深部巖體開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動控制 279
8.2.1 爆破振動和開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動的預測 279
8.2.2 深埋隧洞開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動控制 280
8.2.3 深埋地下廠房開挖瞬態(tài)卸荷激發(fā)振動控制 292
8.3 深埋地下洞室開挖瞬態(tài)卸荷引起的圍巖損傷控制 297
8.3.1 深埋隧洞開挖過程的圍巖應力動態(tài)演化規(guī)律 297
8.3.2 全斷面鉆爆開挖過程的圍巖損傷演化規(guī)律 302
8.3.3 基于地應力瞬態(tài)卸荷圍巖損傷控制的爆破設計優(yōu)化 303
8.4 基于開挖瞬態(tài)卸荷控制的施工期巖爆主動防治 305
8.4.1 基于應力解除的巖爆主動防治 305
8.4.2 基于爆破擾動控制的巖爆主動防治 309
8.5 小結 313
參考文獻 314
索引 317