穿越断层区隧道工程地压特征及新型支护理论

目录前言第1章 绪论11.1 概述11.2 国内外研究现状21.2.1 国内工程实践及施工技术水平21.2.2 断层对地应力场的影响研究现状31.2.3 初始地应力场反演研究现状61.2.4 节理岩体变形研究现状111.2.5 支护理论与方法研究现状131.2.6 数值方法的研究及其应用现状151.3 主要内容17第2章 断层区域地应力状态202.1 概述202.2 地应力的成因及其影响因素212.3 断层模型概述242.3.1 法向变形模型242.3.2 切向变形模型262.3.3 剪切强度272.4 断层周边应力场分布规律的DDM分析282.4.1 计算模型282.4.2 断层附近应力方向292.4.3 断层附近应力大小302.4.4 受载后断层附近位移分布312.4.5 断层应力与变形322.4.6 断层影响范围322.5 断层力学参数的影响342.5.1 断层刚度342.5.2 断层尺寸352.5.3 断层内摩擦角362.6 断层影响范围的影响因素分析372.6.1 计算模型372.6.2 断层倾角对影响范围的影响372.6.3 断层内摩擦角对影响范围的影响382.6.4 断层黏聚力对影响范围的影响392.7 线性与非线性断层模型比较412.7.1 计算模型412.7.2 断层附近应力场比较422.7.3 断层附近位移场比较432.7.4 断层应力比较432.7.5 断层变形比较432.7.6 断层影响范围比较442.8 小结45第3章 断层发育区地应力场的DDM建模与反演463.1 概述463.2 半平面非连续介质问题力学方法473.2.1 含不连续面有限层弹性半平面问题描述473.2.2 层状弹性半平面问题的DDM基本解483.2.3 复合半平面问题的DDM基本解573.2.4 黏弹性介质充填裂隙问题的DDM基本解583.3 DDM及其在地应力场模拟中的应用613.3.1 DDM原理及其基本方程613.3.2 DDM高精度化探讨633.3.3 三维DDM基本理论653.4 断层破碎带岩体非线性特性及其DDM建模693.4.1 断层的流变本构关系693.4.2 断层带非线性变形特性703.5 复杂构造应力场的DDM实用计算方法713.5.1 基于有限实测值的地应力场DDM反演713.5.2 基于断层产状参数和线性规划法的地应力场DDM反演733.6 实例分析743.6.1 基于有限实测值的三维初始应力场DDM模拟743.6.2 基于断层产状参数的三维初始应力场DDM模拟823.7 小结84第4章 断层破碎带岩体变形特性及其评价854.1 断层破碎带岩体结构特征及其等效叠加模型854.1.1 岩体结构特征854.1.2 岩体结构等效叠加模型874.2 断层破碎带岩体变形特性884.2.1 研究现状分析884.2.2 岩体变形特性884.3 应力-应变关系特点及其一般化本构模型1134.3.1 裂隙对岩体弹性模量、泊松比与剪切模量的影响1134.3.2 裂隙岩体的弹性柔度矩阵1154.3.3 裂隙岩体的弹性本构方程1184.3.4 裂隙岩体的弹塑性本构方程1194.3.5 模型中参数的确定1204.4 断层区岩体各向异性特征的评价方法1224.4.1 理论基础及研究现状1224.4.2 裂隙岩体变形特性一维柱状结构模型的构建1284.4.3 断层带裂隙岩体变形方向特性判定方法的构建1354.5 工程实例分析1394.6 小结143第5章 断层破碎带岩体剪胀机理及其评价1455.1 概述1455.2 裂隙演化阶段及体积应变状态1475.3 非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容1495.3.1 规则排列非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容1495.3.2 随机分布非贯通节理断裂扩展及其孔隙性扩容1515.3.3 非规则排列交互贯通裂隙岩体剪胀特性1585.4 裂隙岩体压剪扩容的DDM数值方法1605.4.1 基础理论1605.4.2 基于DDM计算结果的体积应变计算1695.4.3 裂隙岩体压剪扩容DDM程序实现1705.4.4 DDM数值方法适用性检验1705.5 基于岩块变形模量及裂隙面刚度特性的剪胀预测1735.6 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1776.1 概述1776.2 开挖卸载扰动特性及变形位移的局部化1786.3 扰动位移影响因素及其敏感性分析1806.3.1 隧道与破碎带夹角的影响1806.3.2 破碎带与两侧岩体弹性模量比的影响1856.3.3 水平侧压系数的影响1906.4 工程开挖卸载条件下裂隙岩体扩容处理2036.4.1 裂隙岩体加卸载体积应变DDM处理方法2046.4.2 DDM的应用拓展2046.4.3 案例计算2056.4.4 无限域内局部开挖卸载问题2066.4.5 卸载条件下裂隙岩体体积增大问题2086.5 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2117.1 地压特征及其影响因素分析2117.1.1 **地压理论及其合理性2117.1.2 基于三维数值方法的地压特征*线建立2167.1.3 地质因素对地压特征*线的影响2197.1.4 隧道围岩及支护结构卸载位移特性2227.1.5 应力释放与支护时间优化2267.2 断层带隧道合理支护方式及其稳定性2277.2.1 隧道支护方式2277.2.2 典型支护方式比较2287.3 穿越断裂带隧道施工工艺的*优化及应用2337.3.1 传统围岩与支护共同作用理论及适用性2337.3.2 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2367.4 小结242第8章 穿越断层带隧道稳定性及其灾变预控2448.1 概述2448.2 基于支护结构强度及位移的隧道施工预控方法2448.3 基于现场监测及线性规划法的优化反演方法2458.3.1 优化反演的基本理论2458.3.2 优化反演程序流程2478.4 断层带隧道开挖扰动特性及其工艺优化2478.4.1 数值模型的建立2498.4.2 隧道不同开挖方法数值模拟结果2518.4.3 不同开挖方法比选分析2618.5 断层区隧道结构地震响应特性及减振技术2728.5.1 工程概况及数值建模2728.5.2 不同支护的模型参数2758.5.3 计算工况2778.5.4 不同支护计算结果比较2788.6 断层区隧道开挖岩体加固方式及其作用机理2908.6.1 断层带岩体合理加固方式及其作用效果2908.6.2 预应力加固锚杆长度的影响2958.7 小结298第9章 实例应用2999.1 概述2999.2 应用案例1——基于现场监测及线性规划法的优化反演3029.2.1 工程及地质概况3029.2.2 反馈分析FEM数值模型3029.2.3 监测数据的选择3029.2.4 1—1断面(4#机组断面)反演结果3039.2.5 各期开挖稳定性预测3099.3 应用案例2——南湾隧道3169.3.1 地层岩性3169.3.2 地质构造3169.3.3 围岩稳定性数值模拟分析3189.3.4 监控量测分析3269.3.5 隧道开挖3319.3.6 初期支护3329.3.7 注浆施工与控制措施3339.4 小结339第10章 结论341参考文献344