工程扰动围岩压力拱表征及其演化机制

目录 《岩石力学与工程研究著作丛书》序 《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话 前言 第1章 绪论 1 1.1 国内外研究现状 1 1.1.1 采掘巷道围岩压力拱研究现状 2 1.1.2 采场围岩三维压力拱研究现状 2 1.2 本书主要研究内容 3 第2章 层状岩板断裂铰接拱失稳破坏特征 5 2.1 层状岩板断裂铰接拱试验 5 2.1.1 岩板试样及加载装置 5 2.1.2 试验步序及试验过程 7 2.1.3 单层岩板断裂铰接成拱失稳特征 8 2.1.4 双层组合岩板变形破坏失稳特征 11 2.1.5 双层组合岩板断裂失稳破坏模式 14 2.2 岩拱结构承载力学分析 16开 2.2.1 工程力学模型 16开 2.2.2 竖向荷载与水平反力关系式 17 2.2.3 竖向荷载与水平反力关系曲线 18 2.3 集中荷载作用下单层岩板断裂铰接失稳分析 19 2.3.1 构建计算模型 19 2.3.2 单层岩板模型参数标定 22 2.3.3 单层岩板断裂铰接成拱过程模拟分析 22 2.3.4 单层岩板断裂铰接成拱声发射特征 23 2.3.5 单层岩板断裂铰接拱失稳尺度效应 24 2.4 集中荷载作用下双层岩板断裂铰接失稳分析 25 2.4.1 双层岩板断裂铰接拱失稳特征 25 2.4.2 双层岩板断裂铰接拱失稳过程 26 2.4.3 双层岩板断裂铰接成拱声发射特征 27 2.4.4 双层岩板断裂失稳影响因素分析 29 2.4.5 双层岩板断裂失稳能量耗散特征 30 2.5 固定边界条件岩板断裂失稳破坏特征 33 2.5.1 构建计算模型 33 2.5.2 组合岩板断裂铰接拱失稳破坏过程 34 2.5.3 组合岩板断裂铰接拱失稳破坏特征 35 2.5.4 组合岩板断裂铰接拱失稳影响因素分析 36 第3章 公路隧道围岩压力拱演化特征 40 3.1 隧道围岩压力拱特性 40 3.1.1 隧道围岩压力拱表征 40 3.1.2 建立数值计算模型 41 3.1.3 隧道围岩压力拱尺寸效应 43 3.1.4 隧道围岩压力拱围岩差异效应 44 3.1.5 隧道围岩压力拱应力状态效应 45 3.2 沿隧道轴向分步开挖围岩压力拱分布形态 48 3.2.1 三维数值计算模型 48 3.2.2 静水应力状态沿隧道轴向压力拱分布形态 49 3.2.3 不同应力状态沿隧道轴向压力拱演化特征 51 3.3 隧道围岩压力拱主动调控技术 52 3.3.1 组合锚杆支护尺寸效应 52 3.3.2 不同应力状态组合锚杆支护特性 55 3.3.3 锚杆与锚索联合支护隧道围岩压力拱特征 55 3.4 圆形隧道开挖围岩应力演化热辐射特征 57 3.4.1 热辐射红外成像技术简述 57 3.4.2 热辐射红外成像技术原理 59 3.4.3 圆柱试样单轴压力试验热辐射效应 60 3.4.4 不同围压圆形隧道围岩应力-热辐射试验 66 3.4.5 圆形隧道围岩应力演化热辐射监测及分析 68 第4章 连拱隧道分步开挖围岩压力偏态效应 70 4.1 连拱隧道围岩压力拱演化特征 70 4.1.1 工程概况 70 4.1.2 数值计算模型 71 4.1.3 模拟分析方案 73 4.1.4 连拱隧道分步开挖围岩压力拱演化过程 73 4.1.5 不同工况连拱隧道围岩压力拱演化特征 77 4.2 连拱隧道开挖偏态压力等效荷载计算 81 4.2.1 普氏压力拱围岩荷载计算 82 4.2.2 连拱隧道围岩等效荷载计算 83 4.2.3 隧道围岩等效荷载计算影响因素 85 4.3 连拱隧道偏态压力热红外试验 87 4.3.1 相似模型制作 87 4.3.2 模拟试验步骤 88 4.3.3 台阶法开挖隧道围岩应力热红外特征 89 4.3.4 拓展法开挖隧道围岩应力热红外特征 93 4.4 连拱隧道富水条件下压力拱演化特征 96 4.4.1 计算模型及模拟方案 96 4.4.2 饱水与干燥隧道围岩压力拱演化特征 97 4.4.3 不同埋深连拱隧道围岩压力拱演化特征 101 4.4.4 不同开挖顺序隧道围岩压力拱演化特征 102 4.4.5 不同渗透条件隧道围岩压力拱演化特征 103 第5章 煤层倾角变化采场压力拱演化特征 105 5.1 工程背景 105 5.1.1 工程地质条件 105 5.1.2 主要工程问题 107 5.2 不同工况采场压力拱演化特征 107 5.2.1 采场压力拱边界形态 107 5.2.2 采场三维数值计算模型 109 5.2.3 采面不同推进距离采场压力拱演化特征 110 5.2.4 采动覆岩软硬变化采场压力拱演化特征 113 5.2.5 不同回采速度变化采场压力拱演化特征 115 5.2.6 煤层倾角变化采场围岩压力拱演化特征 116开 5.3 层状结构顶板采场压力拱分布特征 118 5.3.1 层状结构采场力学模型 118 5.3.2 数值计算模型及模拟方案 120 5.3.3 顶板发育夹层采场压力拱变化特征 123 5.3.4 受应力状态影响采场压力拱演化特征 127 5.4 采场压力拱力学模型及失稳机制 130 5.4.1 采场压力拱力学模型 131 5.4.2 采场压力拱力学分析 132开 5.4.3 采场压力拱破坏模式 133 5.4.4 采场压力拱失稳特征 134 第6章 基岩厚度变化采场压力拱演化特征 137 6.1 工程背景 137 6.1.1 工程地质条件 137 6.1.2 矿压显现特征 139 6.2 采场覆岩破断压力拱演化特征 141 6.2.1 回采过程关键块体压力拱结构 141 6.2.2 关键块压力拱结构稳定性分析 146 6.2.3 回采过程压力拱结构模拟分析 150 6.3 采场覆岩复合压力拱演化特征 154 6.3.1 构建数值计算模型 154 6.3.2 薄基岩复合压力拱演化特征 156 6.3.3 厚基岩复合压力拱演化特征 157 6.4 采场覆岩破断压力拱演化试验 159 6.4.1 伺服控制相似模拟实验台 159 6.4.2 相似模拟试验相似比设计 16开1 6.4.3 模拟试验方案及材料配比 16开2 6.4.4 薄基岩破断压力拱演化特征 16开7 6.4.5 厚基岩破断压力拱演化特征 171 6.5 采场围岩压力拱能量演化特征 175 6.5.1 采场围岩力学模型及应变能计算 175 6.5.2 构建三维数值计算模型 178 6.5.3 采场监测单元的应力及能量变化特征 178 6.5.4 采场压力拱的拱脚应力转移变化特征 181 6.5.5 采场压力拱演化与能量集聚耗散特征 182 第7章 浅埋煤层松软顶板采场覆岩运移特征 187 7.1 煤层赋存条件及采动覆岩质量 187 7.1.1 工作面参数及煤层特征 187 7.1.2 主采煤层及顶底板岩性 187 7.1.3 浅埋煤层界定指标 188 7.1.4 采动覆岩质量评价 189 7.2 浅埋煤层采动覆岩运移规律推断 191 7.2.1 采动覆岩运移规律推断 191 7.2.2 采场覆岩结构及其特点 198 7.2.3 采动覆岩结构概化模型 200 7.2.4 采场围岩与支架作用关系 202 7.3 综采软弱覆岩运移相似模拟试验 205 7.3.1 相似模拟试验基础 205 7.3.2 构建物理试验模型 206 7.3.3 采动覆岩运移演化特征 209 7.3.4 采动覆岩支承压力分布 213 7.3.5 采动覆岩结构演化特征 216开 第8章 结论与展望 219 参考文献 222