软岩特性及输水隧洞支护效果研究——以宁夏固原饮水安全水源工程为例

本书针对工程软岩引起的隧洞安全与稳定问题，以宁夏固原饮水安全水源工程输水隧洞为研究对象，采用试验研究和数值模拟相结合的研究方法，研究了输水隧洞软岩的微观成分与结构、物理性质、水理性质、常规力学性质、本构关系和流变力学特性，分析了输水隧洞支护前后应力、应变和塑性区的特征，评价了隧洞的支护效果，得出了不同围岩类别中钢拱架较优的支护间距，为工程防灾减灾提供科学依据。本书可供地质工程、岩土工程、水利工程等领域的工程技术人员阅读，也可以供相关专业的科研工作者、高等院校师生参考。

前言
第1章绪论
1.1研究意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1软岩水理性质试验研究现状2
1.2.2软岩常规力学性质研究现状4
1.2.3软岩本构关系研究现状8
1.2.4软岩流变力学特性研究现状10
1.2.5软岩隧洞支护模拟研究现状13
1.3研究中存在的不足16
1.4本书主要内容16
第2章研究区软岩类型及其成分特征18
2.1岩石类型18
2.1.1灰质泥岩18
2.1.2砖红色含砾不等粒砂质泥岩29
2.1.3钙质胶结砾质岩屑长石砂岩32
2.2研究区软岩成分对其工程性质影响分析34
第3章研究区软岩物理力学性质试验研究36
3.1灰质泥岩物理力学性质试验研究36
3.1.1物理性质试验36
3.1.2膨胀性试验41
3.1.3耐崩解性试验48
3.1.4单轴压缩试验55
3.1.5三轴压缩试验61
3.2ZK1-1砂质泥岩物理力学性质试验研究66
3.3ZK1-2长石砂岩物理力学性质试验研究69
3.4ZK1-3灰质泥岩物理力学性质试验研究73
第4章软岩本构关系研究78
4.1岩石材料弹性理论本构关系研究78
4.1.1线弹性本构关系79
4.1.2超弹性本构关系80
4.1.3亚弹性本构关系81
4.2岩石材料塑性理论本构关系研究81
4.2.1岩石材料的屈服面和后继屈服面82
4.2.2常用的屈服准则83
4.2.3弹塑性材料的硬化规律84
4.2.4加卸载准则86
4.3软岩线性本构关系研究87
4.3.1三线性和四线性本构关系87
4.3.2五线性本构关系88
4.4软岩非线性本构关系研究93
第5章软岩流变力学特性试验研究98
5.1灰质泥岩流变力学特性试验研究98
5.1.1试验设备98
5.1.2试验方案100
5.1.3试验方法101
5.1.4试验结果103
5.1.5灰质泥岩流变规律分析111
5.2ZK1-1砂质泥岩流变力学特性试验研究112
5.2.1试样制备113
5.2.2试验设备113
5.2.3试验方法114
5.2.4试验结果114
5.2.5砂质泥岩流变规律分析116
第6章隧洞工程地质条件117
6.1地形地貌119
6.2地层岩性119
6.3地质构造120
6.4物理地质现象123
6.5水文地质特征123
第7章隧洞数值计算分析方案126
7.1数值计算方法126
7.1.1基本概念定义127
7.1.2基本原理与步骤128
7.2计算段选取及模型建立132
7.3地应力参数设置134
7.4本构模型及计算参数选取134
7.5计算工况135
第8章软岩隧洞应力应变分布特征与支护效果研究136
8.1天然状态（隧洞未开挖）工况136
8.2隧洞开挖未支护工况138
8.2.1应力场分析138
8.2.2位移场分析144
8.2.3塑性区分析152
8.3隧洞开挖支护后工况154
8.3.1应力场分析154
8.3.2位移场分析160
8.3.3塑性区分析169
8.4钢拱架间距优化分析171
8.4.1N2类围岩171
8.4.2V类围岩174
8.5隧洞支护效果分析178
第9章结论180
参考文献184