高地應(yīng)力隧道穩(wěn)定性及巖爆、大變形災(zāi)害防治

序

前言

第1章緒論

1.1研究背景與意義

1.2隧道信息化施工研究現(xiàn)狀

1.3圍巖與支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

1.4圍巖巖爆防治研究現(xiàn)狀

1.4.1巖爆烈度分級

1.4.2巖爆形成機理

1.4.3巖爆預(yù)測與預(yù)報

1.4.4巖爆防治

1.5圍巖大變形防治研究現(xiàn)狀

1.5.1大變形機制

1.5.2大變形預(yù)測

1.5.3大變形支護

1.6本書研究內(nèi)容與主要成果

參考文獻

**篇隧道信息化施工與圍巖及支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

第2章信息化施工基本理論與方法概論

2.1新奧法基本原理與內(nèi)容

2.1.1新奧法基本原理

2.1.2新奧法主要內(nèi)容

2.2信息化施工概念模型

2.3施工地質(zhì)跟蹤調(diào)查與測試方法

2.3.1施工地質(zhì)跟蹤編錄與測試

2.3.2反饋應(yīng)用

2.4地應(yīng)力測試與分析方法

2.4.1水壓致裂測試法

2.4.2應(yīng)力解除測試法

2.4.3Kaiser效應(yīng)測試法

2.4.4地應(yīng)力場的反演分析方法

2.4.5高地應(yīng)力的判別方法

2.5圍巖動態(tài)分級方法

2.5.1現(xiàn)狀與問題

2.5.2施工階段圍巖分級法

2.6超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)與方法

2.6.1地質(zhì)調(diào)查與分析法

2.6.2地球物理探測法

2.6.3直接探測法

2.6.4綜合分析法

2.7監(jiān)控量測方法

2.7.1監(jiān)控量測的目的和任務(wù)

2.7.2監(jiān)控量測項目及測點埋設(shè)

2.7.3監(jiān)測數(shù)據(jù)整理

2.7.4監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與反饋應(yīng)用

參考文獻

第3章隧道地應(yīng)力場與高地應(yīng)力研究

3.1地應(yīng)力測試及分析

3.1.1水壓致裂法測試及分析

3.1.2鉆孔應(yīng)力解除法測試及分析

3.1.3聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)測試及分析

3.1.4a杯測試及分析

3.2隧道區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場反演分析

3.2.1計算模型

3.2.2模擬結(jié)果及驗證

3.2.3區(qū)域地應(yīng)力特征

3.3隧道地應(yīng)力場形成演化數(shù)值模擬分析

3.3.1計算模型

3.3.2模擬結(jié)果及驗證

3.3.3地應(yīng)力場形成演化過程及變化規(guī)律

3.4圍巖高地應(yīng)力分析與判別

3.4.1工程地質(zhì)定性分析

3.4.2現(xiàn)場地應(yīng)力測試定量判別

3.4.3應(yīng)力場有限元模擬定量判別

3.5圍巖二次應(yīng)力測試方法與二次應(yīng)力場特征研究

3.5.1圍巖二次應(yīng)力測試的W（改進）型門塞式應(yīng)力恢復(fù)法

3.5.2圍巖二次應(yīng)力沿洞軸線方向分布特征

3.5.3圍巖二次應(yīng)力場的斷面分布特征

3.5.4圍巖二次應(yīng)力與主要影響因素的相關(guān)性

參考文獻

第4章施工階段隧道圍巖分級方法及應(yīng)用研究

4.1概述

4.2施工階段圍巖定性分級

4.2.1圍巖定性分級指標(biāo)選取

4.2.2圍巖定性分級指標(biāo)的快速獲取方法

4.2.3泥巴山隧道施工階段圍巖定性分級方法

4.3施工階段圍巖定量分級

4.3.1圍巖定量分級指標(biāo)選取

4.3.2圍巖定量分級指標(biāo)的快速獲取方法

4.3.3圍巖定量分級的BQ法

4.4高地應(yīng)力隧道圍巖分級BQ—hg法及應(yīng)用

4.4.1高地應(yīng)力隧道圍巖分級的BQ—hg法

4.4.2高地應(yīng)力隧道圍巖分級BQ—hg法應(yīng)用

4.5施工階段圍巖智能分級方法及應(yīng)用

4.5.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

4.5.2模糊邏輯推理法

4.5.3支持向量機法

4.6圍巖分級智能判別軟件系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

4.6.1系統(tǒng)設(shè)計

4.6.2軟件開發(fā)

4.6.3軟件應(yīng)用

參考文獻

第5章隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報方法研究

5.1概述

5.2超前物探不良地質(zhì)響應(yīng)特征研究

5.2.1TSP對不良地質(zhì)響應(yīng)特征

5.2.2地質(zhì)雷達(dá)對不良地質(zhì)響應(yīng)特征

5.2.3瞬變電磁法對不良地質(zhì)響應(yīng)特征

5.2.4BEAM法不良地質(zhì)響應(yīng)特征

5.3隧道不良地質(zhì)綜合超前地質(zhì)預(yù)報方法及應(yīng)用

5.3.1地質(zhì)分析為主的綜合預(yù)報體系

5.3.2不良地質(zhì)綜合預(yù)報模型

5.3.3綜合預(yù)報方法在銅鑼山隧道中的應(yīng)用

5.4隧道超前地質(zhì)預(yù)報軟件開發(fā)及應(yīng)用

5.4.1軟件設(shè)計及功能

5.4.2軟件開發(fā)

5.4.3應(yīng)用案例

參考文獻

第6章圍巖位移量測及參數(shù)反演分析

6.1圍巖位移量測方法

6.1.1壁面位移量測

6.1.2多點位移計量測

6.2圍巖收斂、拱頂下沉分析與穩(wěn)定性判別

6.2.1鷓鴣山隧道量測分析

6.2.2二郎山隧道量測分析

6.3圍巖內(nèi)部位移分析與松動圈確定

6.3.1鷓鴣山隧道量測分析

6.3.2二郎山隧道量測分析

6.4圍巖巖體力學(xué)參數(shù)反演分析

6.4.1位移反分析理論簡介

6.4.2典型工程反演分析

參考文獻

第7章隧道圍巖穩(wěn)定性分析與評價

7.1圍巖變形破壞特征

7.2圍巖穩(wěn)定性的塊體理論分析

7.2.1塊體穩(wěn)定分析理論簡介

7.2.2塊體穩(wěn)定性分析及評價

7.3圍巖穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析

7.3.1圍巖穩(wěn)定性的三維有限元分析

7.3.2圍巖穩(wěn)定性的動態(tài)跟蹤分析

7.3.3巖體質(zhì)量對圍巖穩(wěn)定性的影響分析

7.4圍巖穩(wěn)定性的監(jiān)測信息反饋評價

7.4.1位移監(jiān)測信息反饋評價

7.4.2支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息反饋評價

7.5圍巖穩(wěn)定性綜合評價及反饋應(yīng)用

參考文獻

第8章隧道支護結(jié)構(gòu)力學(xué)行為及安全性研究

8.1隧道支護結(jié)構(gòu)受力特征現(xiàn)場監(jiān)測

8.1.1V級圍巖段典型斷面監(jiān)測（LK22 100）

8.1.2Ⅳ級圍巖段典型斷面監(jiān)測（LK23 605）

8.2隧道支護結(jié)構(gòu)力學(xué)行為數(shù)值模擬

8.2.1地質(zhì)與計算模型概述

8.2.2進口淺埋段施工過程數(shù)值模擬

8.2.3V級圍巖段施工過程數(shù)值模擬

8.2.4Ⅳ級圍巖段施工過程數(shù)值模擬

8.2.5出口偏壓段施工過程數(shù)值模擬

8.2.6小結(jié)

8.3隧道支護結(jié)構(gòu)受力計算

8.3.1荷載結(jié)構(gòu)法計算模型

8.3.2進口淺埋段支護結(jié)構(gòu)計算

8.3.3V級圍巖段支護結(jié)構(gòu)計算

8.3.4Ⅳ級圍巖段支護結(jié)構(gòu)計算

8.3.5出口偏壓段支護結(jié)構(gòu)計算

8.4隧道支護結(jié)構(gòu)力學(xué)行為綜合研究

8.4.1龍溪隧道支護結(jié)構(gòu)變形破壞特征分析

8.4.2龍溪隧道支護結(jié)構(gòu)力學(xué)行為綜合分析

8.4.3龍溪隧道初期支護結(jié)構(gòu)安全性評價

8.4.4龍溪隧道初期支護參數(shù)優(yōu)化

參考文獻

……

第二篇隧道巖爆災(zāi)害及其防治

第三篇隧道大變形災(zāi)害及其防治 2100433B

全書共分為三篇，16章。**篇為隧道信息化設(shè)計與施工，主要闡述高地應(yīng)力隧道信息化施工的理論、方法及應(yīng)用。第二篇為隧道巖爆災(zāi)害及其防治，第三篇為隧道大變形災(zāi)害及其防治。這兩篇分別闡述巖爆、大變形的特征與烈度分級，巖爆、大變形的形成機制，巖爆、大變形的預(yù)測與防治措施等。建立了新的巖爆力學(xué)機制模型和6種地質(zhì)力學(xué)模式，提出了圍巖大變形的7種力學(xué)模式；建立了巖爆、大變形的分類和分級體系，提出了巖爆烈度分級的RMS新方案，將大變形劃分為圍巖巖性控制型、圍巖結(jié)構(gòu)控制型和人工采掘控制型三個大類和若干亞類，并建立了大變形的工程分級指標(biāo)和方案；通過對各種支護結(jié)構(gòu)的加固機理研究，提出了巖爆和大變形的防治方案和措施；提出了巖爆和大變形綜合集成預(yù)測的學(xué)術(shù)思路，并建立了相應(yīng)的綜合集成方法體系，初步構(gòu)建了以工程地質(zhì)分析為核心、超前探測為支撐的的隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)。

第1章緒論

1.1地應(yīng)力概述

1.1.1地應(yīng)力的概念

1.1.2高地應(yīng)力

1.2軟巖及軟巖隧道

1.2.1軟弱圍巖的含義及力學(xué)特性

1.2.2軟弱圍巖隧道

1.3高地應(yīng)力軟巖荷載問題的研究現(xiàn)狀

1.3.1高地應(yīng)力軟巖荷載問題國外研究現(xiàn)狀

1.3.2高地應(yīng)力軟巖荷載問題國內(nèi)研究進展

1.4高地應(yīng)力軟巖隧道的荷載機制

1.4.1基于原巖應(yīng)力和開挖位移的高地應(yīng)力軟巖隧道圍巖壓力研究

1.4.2基于開挖應(yīng)力釋放率模型的高地應(yīng)力軟巖隧道襯砌壓力研究

第2章地應(yīng)力的分布規(guī)律

2.1地應(yīng)力的影響因素分析

2.1.1地應(yīng)力成因

2.1.2地應(yīng)力的主要影響因素

2.2全球地應(yīng)力區(qū)域構(gòu)造分析

2.3中國應(yīng)力場分析

2.3.1中國實測地應(yīng)力分析

2.3.2中國不同巖性地應(yīng)力分析

2.4青藏地區(qū)地應(yīng)力分析

2.4.1青藏地區(qū)地應(yīng)力成因

2.4.2青藏地區(qū)地應(yīng)力分布

2.4.3青藏地區(qū)三大巖性地應(yīng)力分布規(guī)律

2.4.4綜合分析

第3章隧道區(qū)域地應(yīng)力實測與應(yīng)力拓展

3.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

3.1.1國外研究現(xiàn)狀

3.1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

3.2地應(yīng)力測量方法

3.2.1應(yīng)力解除法之空腔包體應(yīng)變計法

3.2.2孔底應(yīng)力解除法

3.2.3水壓致裂法

3.2.4聲發(fā)射法

3.2.5應(yīng)力恢復(fù)法

3.3軟巖隧道的地應(yīng)力測量

3.3.1天池坪隧道高地應(yīng)力現(xiàn)場測試與分析

3.3.2兩水隧道地應(yīng)力測試結(jié)果分析

3.4宏觀地應(yīng)力場拓展分析

3.4.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改進與地應(yīng)力場拓展

3.4.2地應(yīng)力場拓展分析

第4章軟弱圍巖隧道

4.1軟巖隧道的現(xiàn)狀

4.2軟巖隧道的特征分析

4.3軟巖隧道變形演化機制

4.4軟巖隧道變形原因

4.5高地應(yīng)力軟巖隧道圍巖壓力和圍巖與支護結(jié)構(gòu)相互作用

4.6高地應(yīng)力軟巖隧道圍巖壓力研究中的主要理論問題

第5章高地應(yīng)力軟巖隧道的荷載機制

5.1基于原巖應(yīng)力和開挖位移的高地應(yīng)力軟巖隧道圍巖壓力的研究

5.1.1圍巖軟化“直曲直”模型

5.1.2軟化模量的概念及其物理意義

5.1.3巖體應(yīng)變模型

5.1.4基于巖體軟化“直曲直”模型的卡斯特耐爾擴展公式推導(dǎo)

5.1.5彈性區(qū)圍巖應(yīng)力分布的理論解

5.1.6塑性軟化區(qū)卡斯特耐爾擴展公式推導(dǎo)

5.1.7塑性流動區(qū)卡斯特耐爾擴展公式推導(dǎo)

5.1.8卡斯特耐爾擴展公式廣泛性分析

5.1.9卡斯特耐爾擴展公式與經(jīng)典卡斯特耐爾公式對比分析

5.2卡斯特耐爾擴展公式實例分析與工程應(yīng)用

5.2.1卡斯特耐爾擴展公式應(yīng)用探討

5.2.2經(jīng)典實例分析

5.2.3木寨嶺隧道高地應(yīng)力Ⅴ級軟巖段應(yīng)用

5.3基于開挖應(yīng)力釋放率模型的高地應(yīng)力軟巖隧道襯砌壓力研究

5.3.1基于凈空收斂曲線三階段劃分的高地應(yīng)力軟巖隧道襯砌壓力研究

5.3.2基于凈空收斂曲線擬合的高地應(yīng)力軟巖隧道襯砌壓力研究

5.4高地應(yīng)力軟弱圍巖條件下支護結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用三維數(shù)值分析

5.4.1關(guān)角隧道基于等效連續(xù)介質(zhì)模型的三維數(shù)值分析

5.4.2基于圍巖參數(shù)全過程變化的木寨嶺隧道Ⅴ級軟巖段

三維數(shù)值分析

參考文獻2100433B

在能量、時間與頻率、以及質(zhì)量范疇內(nèi)，把高地應(yīng)力下硬巖爆破破裂行為的基礎(chǔ)問題，抽象為爆炸加載與高地應(yīng)力共同作用，致使硬巖產(chǎn)生破裂響應(yīng)的動靜組合能量守恒系統(tǒng)。主要研究：高地應(yīng)力作用對硬巖中爆炸應(yīng)力波傳播產(chǎn)生影響的規(guī)律；不同應(yīng)力狀態(tài)下硬巖選擇性吸收應(yīng)力波能量的頻譜分量，與地應(yīng)力作用對爆生裂隙的發(fā)育與擴展等破裂行為產(chǎn)生傾向性影響之間，存在的內(nèi)在聯(lián)系；高地應(yīng)力卸荷對破裂行為產(chǎn)生影響的機理；進行不同地應(yīng)力作用下，2-D與3-D物理模型對比破裂實驗，從方法學(xué)的角度揭示應(yīng)力波與地應(yīng)力作用，對硬巖破裂(碎)結(jié)果產(chǎn)生影響的機制；最后，根據(jù)硬巖消耗的能量與其損傷、破裂或破碎程度之間，存在的對應(yīng)關(guān)系，基于斷裂力學(xué)理論和能量守恒原理，探索高地應(yīng)力下硬巖爆破破裂行為機理。本研究對于提高硬巖地下工程建設(shè)質(zhì)量，控制工程建設(shè)與運營風(fēng)險，滿足國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展對礦產(chǎn)資源、水電及交通地下工程的需求，具有理論和現(xiàn)實意義。

在地下工程及深井采礦等工程領(lǐng)域，高地應(yīng)力對硬巖爆破破裂行為產(chǎn)生影響。本項目研究高應(yīng)力硬巖爆破破裂行為的機理。通過20MN雙向反力架，對混凝土模型(長60cm×寬60cm×高15cm)側(cè)面施加靜荷載(Px，Py)，模擬高地應(yīng)力作用；采用水中放電爆炸(UDE)加載技術(shù)，在模型中央圓孔中施加沖擊荷載；利用模型中安裝的應(yīng)變式傳感器和壓力傳感器，測定了靜荷載與沖擊加載共同作用產(chǎn)生的徑向應(yīng)力波。用數(shù)值模擬方法，研究了靜荷載的變化，與圓孔周圍靜應(yīng)力場差異性分布狀態(tài)之間存在的關(guān)系。分析了靜應(yīng)力場差異分布狀態(tài)和加載水平的變化，對應(yīng)力波參數(shù)產(chǎn)生影響的趨勢。根據(jù)能量守恒原理，分析了模型產(chǎn)生傾向性破損力學(xué)行為，與靜應(yīng)力場差異性分布以及沖擊加載能級之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，初步揭示了高地應(yīng)力下硬巖爆破破裂行為的機理。本研究有利提高人們對復(fù)雜加載條件巖石破裂行為機理的認(rèn)識水平，有利于提高硬巖地下工程建設(shè)質(zhì)量，控制工程建設(shè)與運營風(fēng)險，滿足國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展對礦產(chǎn)資源、水電及交通地下工程的需求，具有理論和現(xiàn)實意義。 2100433B