硬巖板裂化及其錨固機理

目 錄
第1章 緒論 1
1.1 深埋硬巖板裂化與板裂化巖爆 3
1.1.1 板裂化現(xiàn)象與概念 3
1.1.2 板裂化巖爆的概念 7
1.2 研究現(xiàn)狀 9
1.2.1 板裂化機理與力學模型 9
1.2.2 板裂化巖爆 18
1.2.3 錨桿錨固機理及止裂效應 23
第2章 工程尺度圍巖板裂化特征 28
2.1 板裂化形態(tài)描述指標 28
2.2 工程尺度圍巖板裂化分布特征 30
2.2.1 概述 30
2.2.2 沿隧洞洞周切線方向板裂化形態(tài)特征 32
2.2.3 沿隧洞圍巖徑向方向板裂化形態(tài)特征 35
2.2.4 沿隧洞開挖方向板裂化形態(tài)特征 42
2.3 小結(jié) 43
第3章 板裂化類型、機理及其應力條件 45
3.1 硬脆性巖石室內(nèi)試驗綜述 45
3.2 室內(nèi)大理巖試樣破壞形態(tài)和破壞機制 50
3.2.1 試驗試樣和試驗設(shè)備 50
3.2.2 試樣宏觀破壞形態(tài)及其應力條件 51
3.2.3 試樣破裂面微觀形態(tài)及破裂機制 63
3.3 基于彈性理論的隧洞圍巖應力狀態(tài) 65
3.4 硬脆性巖石板裂化類型和應力條件 71
3.5 小結(jié) 72
第4章 板裂化力學模型與數(shù)值模擬方法 74
4.1 板裂化力學模型 74
4.1.1 初始屈服準則研究 74
4.1.2 塑性勢函數(shù)和應變軟化過程 87
4.2 板裂化數(shù)值模擬方法 89
4.2.1 力學模型的數(shù)值實現(xiàn) 89
4.2.2 抗拉強度非均質(zhì)的數(shù)值實現(xiàn) 89
4.2.3 板裂化破壞的表征方法FAI 91
4.3 力學模型的算例驗證和單元網(wǎng)格的影響 91
4.3.1 對加拿大Mine-by 試驗洞板裂化破壞的模擬驗證 91
4.3.2 對錦屏二級水電站試驗支洞圍巖板裂化破壞的模擬驗證 93
4.3.3 計算參數(shù)和單元網(wǎng)格的影響 97
4.4 小結(jié) 100
第5章 板裂化形態(tài)特征影響因素及影響規(guī)律 101
5.1 開挖斷面曲率半徑對板裂化形態(tài)的影響 101
5.1.1 試驗概況 101
5.1.2 試驗結(jié)果 103
5.1.3 開挖斷面曲率半徑對板裂化的影響分析 106
5.2 基于數(shù)值計算結(jié)果的板裂化影響因素分析 108
5.2.1 地應力對板裂化形態(tài)的影響 109
5.2.2 巖體空間變異性對板裂化形態(tài)的影響 112
5.2.3 開挖過程對板裂化形態(tài)的影響 121
5.3 小結(jié) 124
第6章 板裂化巖爆發(fā)生機制及傾向性分析方法 125
6.1 工程現(xiàn)場板裂化巖爆特征 125
6.1.1 錦屏二級水電站巖爆統(tǒng)計 125
6.1.2 板裂化形態(tài)特征與板裂化巖爆的關(guān)系 129
6.1.3 典型板裂化巖爆案例 131
6.2 板裂化巖爆發(fā)生機制和類型討論 132
6.3 板裂化巖爆模擬試驗 135
6.3.1 試驗概況 135
6.3.2 試驗結(jié)果 138
6.3.3 礦柱型巖爆機制和巖爆能量源的討論 146
6.4 基于突變理論的板裂化巖爆傾向性分析 149
6.4.1 力學模型簡化 149
6.4.2 單塊巖板的突變分析 150
6.4.3 組合巖板的突變分析 153
6.4.4 準靜力條件下巖爆傾向性分析 155
6.4.5 動力擾動下巖爆傾向性分析 157
6.5 小結(jié) 159
第7章 板裂化錨桿錨固機制 160
7.1 不同錨固形式錨桿錨固止裂機制 160
7.1.1 試驗概況 160
7.1.2 含不同傾角預制裂隙試樣變形破壞特性 164
7.1.3 預應力錨桿及全長黏結(jié)式錨桿錨固止裂效應 171
7.1.4 錨固止裂機制 179
7.2 板裂化預應力錨桿錨固機制 183
7.2.1 試驗方案 184
7.2.2 試驗結(jié)果分析 184
7.2.3 錨固機制 192
7.3 小結(jié) 194
參考文獻 195
附圖 209