含地下洞室的岩石边坡力学响应特性与稳定性研究

本书利用振动台模型试验、数值模拟与理论分析等手段，系统介绍含地下洞室岩石边坡在施工过程与地震作用下的力学响应规律与稳定性分析方法。本书共9章，主要内容包括含地下洞室岩石边坡施工过程有限元模拟分析、含地下采空区岩石边坡Surpac-FLAC3D分析、含隧道岩石边坡振动台模型试验技术、基于振动台模型试验的含单洞隧道岩石边坡和含小净距隧道岩石边坡的地震响应特性、基于MIDAS GTS/NX的含单洞隧道岩石边坡和含小净距隧道岩石边坡的地震响应特性与稳定性分析，以及含地下洞室(群)岩石边坡的极限分析法。本书可供公路、铁路、水利、矿山、国防等领域相关专业的科研人员参考，也可作为高等学校岩土工程、地下工程等相关专业研究生的辅导用书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 边坡失稳实例、类型与影响因素 2
1.2.1 边坡失稳实例 2
1.2.2 边坡失稳类型与影响因素 3
1.3 含地下洞室的岩石边坡稳定性研究现状与分析 7
1.4 本书主要内容 8
参考文献 9
第2章 含地下洞室岩石边坡施工过程有限元模拟分析 11
2.1 弹塑性基本理论 11
2.1.1 屈服准则 11
2.1.2 加工硬化规律 12
2.1.3 流动法则 12
2.1.4 弹塑性模量矩阵 13
2.2 有限元基本理论 13
2.2.1 有限元法概述 13
2.2.2 四边形等参元 14
2.3 开挖效应的模拟 14
2.4 强度折减法计算边坡安全系数 17
2.4.1 有限元强度折减法 17
2.4.2 边坡安全系数取值标准 18
2.5 含矩形地下采空区岩石边坡施工过程有限元模拟 18
2.5.1 工程概况 18
2.5.2 室内力学试验与试验结果的工程处理 20
2.5.3 有限元程序设计 23
2.5.4 有限元计算模型 24
2.5.5 计算结果分析 27
2.6 本章小结 45
参考文献 46
第3章 含地下采空区岩石边坡Surpac-FLAC3D分析 48
3.1 FLAC3D与强度折减原理 48
3.1.1 FLAC3D原理 48
3.1.2 强度折减原理 51
3.2 地下采空区三维建模技术 51
3.2.1 Surpac软件介绍 51
3.2.2 地下采空区的三维地质模型 52
3.3 基于Surpac建模的采空区与露天开采边坡相互影响的FLAC3D分析 54
3.3.1 计算模型 54
3.3.2 计算方案 55
3.3.3 计算结果分析 57
3.4 本章小结 71
参考文献 72
第4章 含隧道岩石边坡振动台模型试验技术 73
4.1 试验设备与测试元件 73
4.1.1 振动台系统 73
4.1.2 测试元件 74
4.2 模型试验相似关系 75
4.2.1 相似理论 75
4.2.2 模型相似关系设计 76
4.3 振动台模型试验的设计 77
4.3.1 模型箱设计与边界处理 77
4.3.2 模型设计与传感器布置 78
4.3.3 地震波加载方案 80
4.4 本章小结 83
参考文献 84
第5章 基于振动台模型试验的含单洞隧道岩石边坡地震响应特性 85
5.1 高程对含隧道岩石边坡加速度响应规律的影响 85
5.1.1 高程对边坡水平向加速度响应规律的影响 85
5.1.2 高程对边坡竖向加速度响应规律的影响 88
5.2 地震波类型和加载方式对含隧道岩石边坡加速度响应规律的影响 90
5.2.1 地震波类型和加载方式对边坡水平向加速度响应规律的影响 90
5.2.2 地震波类型和加载方式对边坡竖向加速度响应规律的影响 94
5.3 激振强度对含隧道岩石边坡加速度响应规律的影响 97
5.3.1 激振强度对边坡水平向加速度响应规律的影响 97
5.3.2 激振强度对边坡竖向加速度响应规律的影响 99
5.4 含隧道岩石边坡动位移响应特性 102
5.5 本章小结 104
参考文献 105
第6章 基于振动台模型试验的含小净距隧道岩石边坡地震响应特性 106
6.1 水平向加速度响应基本规律 106
6.2 竖向加速度响应基本规律 110
6.3 地震波类型对含小净距隧道岩石边坡加速度响应规律的影响 114
6.3.1 地震波类型对边坡水平向加速度响应规律的影响 114
6.3.2 地震波类型对边坡竖向加速度响应规律的影响 117
6.4 激振方向和激振强度对含小净距隧道岩石边坡加速度响应规律的影响 120
6.4.1 激振方向对边坡加速度响应规律的影响 120
6.4.2 激振强度对边坡加速度响应规律的影响 121
6.5 含小净距隧道岩石边坡的动位移响应基本规律 122
6.6 本章小结 126
参考文献 127
第7章 基于MIDAS GTS/NX的含单洞隧道岩石边坡地震响应特性与稳定性分析 128
7.1 有限元动力分析基本原理 128
7.1.1 动力响应分析方法 128
7.1.2 有限元强度折减法 129
7.1.3 动力响应模型边界条件处理 130
7.2 下伏隧道层状岩质边坡地震动力数值模拟 131
7.2.1 边坡概况 131
7.2.2 计算模型 131
7.2.3 测点布置和地震波的选取 132
7.3 下伏隧道对层状岩质边坡地震响应的影响分析 134
7.3.1 振动台模型试验与数值模拟结果对比分析 134
7.3.2 有无隧道的层状岩质边坡地震响应数值模拟比较 139
7.4 本章小结 152
参考文献 152
第8章 基于MIDAS GTS/NX的含小净距隧道岩石边坡地震响应特性与稳定性分析 153
8.1 数值模拟模型的建立 153
8.1.1 计算模型与边界条件 153
8.1.2 计算参数确定与测点布置 155
8.1.3 地震波输入与加载方案 155
8.2 振动台模型试验与数值模拟结果对比分析 156
8.3 地震作用下含小净距隧道边坡的动力响应规律 160
8.3.1 水平向位移响应 161
8.3.2 加速度响应 163
8.3.3 边坡应力场分析 166
8.3.4 塑性区及安全系数 169
8.3.5 有无隧道的岩石边坡地震响应比较 171
8.4 地震动参数对含小净距隧道边坡动力响应的影响 176
8.4.1 地震波类型的影响 176
8.4.2 振幅的影响 176
8.4.3 频谱的影响 177
8.4.4 持续时间的影响179
8.5 本章小结 180
参考文献 181
第9章 含地下洞室(群)岩石边坡的极限分析法 182
9.1 塑性极限分析上限定理及拟静力法 182
9.2 含单洞隧道边坡模型的建立 183
9.3 塑性极限分析能耗计算 185
9.3.1 外力功率 185
9.3.2 内能耗散功率 191
9.4 地震稳定性影响因素的敏感性分析 194
9.4.1 计算结果对比 194
9.4.2 影响因素敏感性分析 195
9.5 水平屈服加速度系数影响因素的敏感性分析 198
9.6 本章小结 202
参考文献 203