板岩隧道施工期围岩力学效应与变形特征

本书综合运用岩体力学、弹塑性力学、流变学、非连续介质力学、地下工程、工程地质学及现代数学等学科的相关理论，着力研究板岩的水理特性、力学特性及蠕变特性，从室内试验的角度探明板岩的膨胀和崩解机理，研究不同含水率条件下板岩的力学特性，建立考虑时间效应的蠕变本构方程，揭示板岩隧道在不同施工方法下的力学特征和变形破坏规律；提出板岩隧道围岩大变形控制技术，为板岩隧道围岩的长期稳定性研究及大变形防控提供理论依据和技术支持。

第1章 绪论 1
1.1 板岩的工程性质 1
1.2 板岩水理特性研究现状 2
1.3 板岩蠕变特性研究现状 3
1.4 隧道施工期围岩力学效应研究现状 6
1.5 研究区工程及工程地质概况 8
1.5.1 研究区工程概况 8
1.5.2 研究区工程地质概况 8
第2章 板岩的力学特性 11
2.1 板岩单轴压缩特性 11
2.1.1 试验方法 11
2.1.2 试验结果 11
2.1.3 结果分析 14
2.2 板岩三轴压缩特性 16
2.2.1 试验方法 16
2.2.2 试验结果 16
2.2.3 结果分析 20
第3章 板岩的水理特性 21
3.1 板岩的微观组构 21
3.1.1 矿物成分和含量 21
3.1.2 内部结构 23
3.2 板岩的吸水特性 23
3.2.1 试验设备 23
3.2.2 试验方法 23
3.2.3 计算方法 24
3.2.4 试验结果 24
3.2.5 结果分析 25
3.3 板岩的膨胀特性 27
3.3.1 试验设备 28
3.3.2 试验内容及结果分析 28
3.3.3 板岩膨胀机理 37
3.4 板岩的崩解特性 38
3.4.1 试验设备 38
3.4.2 试样制备 39
3.4.3 试验方法 39
3.4.4 结果分析 39
3.4.5 板岩崩解机理 42
3.5 不同含水率条件下板岩的力学特性 43
3.5.1 板岩单轴压缩特性 43
3.5.2 板岩三轴压缩特性 45
3.6 板岩的水理机制 51
3.6.1 地下水在板岩中的物理状态 51
3.6.2 板岩软化机理 52
第4章 板岩的蠕变特性 55
4.1 板岩蠕变特性试验 56
4.1.1 试验过程及方法 56
4.1.2 试验结果及分析 57
4.2 板岩蠕变本构模型 59
4.2.1 蠕变本构理论基础 59
4.2.2 蠕变本构模型构建 63
4.3 水对板岩蠕变特性的影响 66
第5章 板岩隧道围岩分级 69
5.1 板岩隧道围岩分级方法概述 70
5.1.1 板岩的工程地质特性 70
5.1.2 分级指标确定 70
5.2 围岩分级方法 71
5.2.1 选择评价指标 71
5.2.2 建立隶属函数 72
5.2.3 确定权重值 74
5.2.4 模糊综合评判 75
5.3 应用实例 76
5.3.1 油坊坪隧道概况 76
5.3.2 油坊坪隧道围岩分级 76
第6章 板岩隧道施工期围岩力学特性数值模拟 78
6.1 板岩隧道开挖与支护数值模拟 78
6.1.1 黏弹塑性有限元模拟基本理论 78
6.1.2 ANSYS模拟隧道开挖过程实现 85
6.1.3 应用实例 87
6.2 膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应数值模拟 106
6.2.1 理论基础 107
6.2.2 计算假定 110
6.2.3 计算模型与边界条件 110
6.2.4 支护结构变形响应 113
6.2.5 支护结构内力和应力响应 119
6.2.6 隧道围岩动力响应 130
第7章 板岩隧道施工期围岩变形时空效应 143
7.1 板岩隧道监控量测 143
7.1.1 监测内容及测点布置 143
7.1.2 监测断面布置及监测频率 144
7.1.3 监测仪器 144
7.1.4 隧道初期支护极限相对位移 145
7.1.5 数据处理分析方法 146
7.2 板岩隧道施工期围岩变形特征 147
7.2.1 隧道施工的时空效应 147
7.2.2 隧道施工期围岩时间效应 149
7.2.3 隧道围岩施工期空间效应 164
7.2.4 板岩隧道施工期围岩变形机制 168
7.3 板岩隧道围岩大变形控制技术 172
7.3.1 软岩隧道支护原理 172
7.3.2 板岩隧道围岩大变形控制方法 172
参考文献 176