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地下洞室围岩劈裂及时效性机理研究2017
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2025/3/29
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（pdf扫描文件共136页，缺封面） 地下洞室围岩劈裂及时效性机理研究 机械工业出版社 李晓静 著 2017年版 简介：随着中国水利水电工程的开发，深部岩体力学问题成为近年来热门研究领域，大型水电站的硐室群大部分处于深山峡谷区,使得其常处于较高的初始应力中,并且受到地形及构造活动带的影响,使得其地质条件十分复杂。在复杂地质作用下,岩体出现众多特殊的工程地质现象。其中，地下硐室群在开挖时，硐室之间的岩柱往往会出现纵向的劈裂裂缝现象就是其中灾害之一，这种裂缝对于洞室的稳定性造成威胁。本著作采用室内试验、地质力学模型试验、理论分析和数值模拟等综合分析方法揭示劈裂破坏产生的机制及形成条件，研究劈裂张开性变形的产生机理。结合已取得的现场监测资料，考虑裂隙分布、地应力大小和方向、围岩类别、加卸载速率等多影响因素，并引入能量积聚-耗散的观念，深入研究劈裂破坏发生、发展及最终破坏模式和特征，揭示其产生的条件和力学、变形及能量耗散机制。通过断裂力学、损伤力学和能量耗散理论研究建立反映劈裂张开性变形的非线性等效本构关系模型和产生劈裂破坏的条件和准则，并将其嵌入数值软件进行验证，实现在实际工程的稳定性研究中。本研究将对水电工程地质学及岩体工程稳定学领域有重要的理论意义和实际工程应用价值。 本书相关研究成果适用于为开展深部岩体力学相关研究的科研工作者提供参考。 前言 第1章绪论 1.1引言 1.2国内外研究现状 1.2.1裂纹扩展 1.2.2深部岩体力学的特点和岩石的脆性特征 1.2.3能量耗散 1.3研究内容 第2章现场岩石试件强度特性分析 2.1引言 2.2岩石单轴和三轴压缩及单轴情况下卸载试验研究 2.2.1试件的制备 2.2.2试验步骤 2.2.3试验结果及分析 2.2.4强度特征 2.2.5岩样的破坏特征及损伤机理分析 2.2.6岩石的扩容特性 2.3模拟洞室开挖的加载－卸围压试验研究 2.3.1类岩石材料试件的制备 2.3.2三轴加卸载装置工作原理及加卸载试验过程 2.3.3岩体加卸载破坏时的应力－应变特征 2.3.4洞室开挖模拟过程中的声发射特征 2.4本章小结 第3章劈裂裂缝形成机理的细观能量法分析 3.1脆性岩石材料破坏的各阶段特征分析 3.2裂纹扩展的能量法解析 3.2.1裂纹扩展过程中的应变能释放率和能量守恒定律 3.2.2张拉荷载作用下的裂纹扩展能量分析 3.2.3压缩荷载作用下的裂纹扩展能量分析 3.3压缩荷载下劈裂裂缝的细观能量模型 3.4脆性岩石黏结弱化摩擦强化效应 3.5高地应力下岩体脆性破坏的相关讨论 3.6本章小结 第4章劈裂裂缝形成机理的宏观分析研究 4.1劈裂裂纹的贯通机理 4.1.1翼形裂纹的扩展贯通 4.1.2形成劈裂裂纹的翼形裂纹临界长度与临界间距的确定 4.2劈裂裂缝形成后岩柱失稳的薄板压屈理论研究 4.2.1问题的提出 4.2.2薄板压屈的临界荷载 4.2.3薄板压屈能量耗散分析 4.3本章小结 第5章洞室劈裂破坏判据和位移预测分析方法研究 5.1国内外对洞室产生脆性破坏判据的研究 5.2围岩产生劈裂破坏的稳定性判据 5.2.1脆性破损区的估算 5.2.2劈裂破坏的围岩稳定性判据 5.3位移预测分析方法 5.3.1裂纹扩展引起的变形分析 5.3.2裂纹密度经验公式 5.3.3工程现场位移的预测方法 5.3.4位移预测方法的验证 5.4本章小结 第6章劈裂破坏的数值模拟研究 6.1能量法分析地下洞群稳定性 6.1.1基本思路 6.1.2二滩工程实例分析 6.2围岩稳定性判据的应用 6.3地下洞室劈裂破坏数值模拟分析 6.3.1数值计算方案 6.3.2结果分析 6.4本章小结 第7章深部洞室围岩时效劈裂破坏现象的模型试验 7.1引言 7.2相似材料的制作 7.2.1相似概述 7.2.2相似材料的研制 7.2.3相似材料配比的确定 7.3模型试验系统的选用 7.3.1模型加载系统 7.3.2数据采集分析系统 7.4围岩时效劈裂破坏地质力学模型试验方法 7.4.1模型试验方案设计 7.4.2试验模型制作方法 7.4.3测量元件的布置 7.4.4模型的加载与开挖 7.5模型试验结果及分析 7.5.1工况一、二、三条件下模型边墙破坏现象的对比研究 7.5.2工况一、四条件下模型边墙时效破裂现象的对比分析 7.5.3模型边墙位移和应变的变化规律 7.6模型试验与现场监测对比分析 7.7本章小结 第8章时效劈裂力学模型的构建和验证 8.1卸荷过程微裂隙周边应力场的变化 8.2劈裂塑性体 8.3流变元件及组合模型 8.3.1流变元件及其变形特性 8.3.2经典组合流变模型及特性 8.4时效劈裂模型的建立 8.5时效劈裂模型的本构方程 8.6模型参数识别 8.6.1 1stOpt软件介绍 8.6.2利用1st0pt软件进行模型参数识别 8.7本章小结
