深部工程硬岩力学

本书介绍了深部工程硬岩力学基本体系，主要包括深部工程硬岩力学研究的思路和内容，深部工程地质特征和深部工程岩体三维应力场的主要特征及其开挖扰动效应，开挖引起深部工程硬岩破裂和岩体结构变化评价方法、深部硬岩脆延力学特性和4套真三轴试验装置与方法，高应力诱导的深部工程硬岩各向异性破坏力学模型与评价方法，深部工程岩体破裂过程数值分析方法，深部工程岩体力学参数三维智能反分析方法，深部工程岩体力学特性，深部工程硬岩破裂、片帮、大变形、大体积塌方与岩爆等主要破坏与致灾机理，以及深部工程岩体破坏与灾害控制原理等。该理论与技术体系成功应用于埋深2400m的锦屏地下实验室二期工程、埋深2080m的深埋交通隧道、埋深1890m的水电站引水隧洞的岩爆监测预警与防控，高构造应力区的镍矿深部巷道大变形监测与防控及深切河谷地区修建的水电站地下厂房围岩破裂预测与控制。

序
前言
主要符号注释表
第1章绪论1
1.1深部硬岩工程发展与主要力学问题1
1.2硬岩力学研究进展4
1.2.1硬岩力学试验技术4
1.2.2硬岩力学特性4
1.2.3硬岩破坏理论6
1.2.4硬岩工程灾变机理10
1.2.5硬岩工程灾害防控14
1.3深部工程硬岩力学主要研究思路和内容15
1.3.1主要研究思路15
1.3.2主要研究内容17
参考文献19
第2章深部工程地质特征36
2.1深部工程地层岩性36
2.2深部工程地质构造37
2.3深部工程岩体结构52
2.4深部工程岩体三维原岩应力场57
2.4.1深部工程岩体三维原岩应力场获取方法57
2.4.2深部工程岩体三维原岩应力场特征61
2.5深部工程其他赋存环境69
参考文献71
第3章深部工程硬岩开挖扰动效应73
3.1深部工程开挖引起岩体应力场变化特征73
3.1.1深部工程开挖扰动应力获取方法73
3.1.2深部工程开挖扰动应力场变化特征74
3.2深部工程开挖引起岩体结构变化特征85
3.2.1深部工程岩体结构变化原位观测方法85
3.2.2深部工程开挖围岩结构变化特征90
3.2.3开挖引起深部工程岩体结构变化程度评价方法106
3.3深部工程硬岩开挖诱发应力型灾害111
3.3.1深部工程硬岩破裂111
3.3.2深部工程硬岩片帮114
3.3.3深部工程硬岩大变形117
3.3.4深部工程硬岩塌方119
3.3.5深部工程硬岩岩爆121
参考文献125
第4章深部工程硬岩力学试验127
4.1深部工程硬岩力学试验需求127
4.1.1深部工程硬岩三维力学性质试验需求128
4.1.2深部工程硬岩开挖过程大型三维物理模型试验需求131
4.1.3深部工程硬岩破裂与灾变过程原位监测需求132
4.2高压三轴硬岩全应力-应变过程试验134
4.2.1试验装置与技术135
4.2.2试验方法与典型试验结果142
4.3高压真三轴硬岩全应力-应变过程试验146
4.3.1试验装置与技术146
4.3.2试验方法与典型试验结果151
4.4高压真三轴硬岩时效破裂过程试验155
4.4.1试验装置与技术155
4.4.2试验方法与典型试验结果162
4.5高压真三轴硬岩单面剪切试验165
4.5.1试验装置与技术165
4.5.2试验方法与典型试验结果169
4.6高压真三轴硬岩动力扰动试验171
4.6.1试验装置与技术171
4.6.2试验方法与典型试验结果180
4.7深部工程硬岩开挖过程大型三维物理模型试验185
4.7.1试验装置与技术186
4.7.2深部工程硬岩相似理论191
4.7.3试验方法与典型试验结果193
4.8深部工程硬岩破裂与灾变过程原位监测199
4.8.1深部工程硬岩破裂区监测方法199
4.8.2深埋隧道硬岩片帮孕育过程监测方法202
4.8.3深埋隧道硬岩大变形灾害孕育过程监测方法204
4.8.4深埋隧道硬岩岩爆孕育过程微震监测方法209
参考文献218
第5章深部工程硬岩力学特性220
5.1深部硬岩基本力学特性220
5.1.1深部硬岩脆性和延性特性220
5.1.2深部硬岩强度特性228
5.1.3深部硬岩破裂特性240
5.1.4深部硬岩变形特性245
5.1.5深部硬岩能量特性253
5.2真三向应力路径下深部硬岩力学特性267
5.2.1主应力加卸荷下深部硬岩力学特性267
5.2.2主应力方向变换下深部硬岩力学特性284
5.3深部硬岩力学特性的硬性结构面效应294
5.3.1深部硬岩力学特性的硬性节理面效应295
5.3.2深部硬岩力学特性的片理效应303
5.3.3深部硬岩力学特性的钙质胶结结构面效应314
5.4深部硬岩流变力学特性321
5.4.1深部硬岩蠕变特性321
5.4.2深部硬岩松弛特性335
5.5深部硬岩剪切特性340
5.5.1深部完整硬岩剪切特性340
5.5.2深部绿泥石化硬性结构面剪切特性349
5.6深部硬岩力学特性的弱扰动效应352
5.6.1深部硬岩力学特性的真三轴压缩σ1方向弱扰动效应353
5.6.2深部硬岩力学特性的真三轴压缩σ3方向弱扰动效应353
5.6.3深部硬岩力学特性的真三轴压缩σ2方向弱扰动效应354
5.7深部工程坚硬围岩力学特性358
5.7.1深部工程坚硬围岩脆性和延性特性358
5.7.2深部工程坚硬围岩能量特性363
5.7.3深部工程坚硬围岩破裂特性366
5.7.4深部工程坚硬围岩变形特性370
5.7.5深部工程岩体波速特性376
参考文献379
第6章深部工程硬岩破坏理论382
6.1深部工程硬岩三维破坏准则382
6.1.1准则构建382
6.1.2准则验证388
6.2应力诱导硬岩各向异性脆延破坏力学模型392
6.2.1模型构建392
6.2.2模型验证401
6.3应力诱导硬岩各向异性时效破坏力学模型405
6.3.1模型构建405
6.3.2模型验证412
6.4深部工程硬岩破坏评价指标413
6.4.1深部工程硬岩破裂程度指标413
6.4.2深部工程硬岩时效破裂程度指标415
6.4.3深部工程硬岩局部能量释放率指标418
6.5深部工程硬岩破裂过程数值模拟方法419
6.5.1深部工程硬岩破裂过程局部化数值模拟方法419
6.5.2深部工程硬岩三维破坏准则和破坏力学模型数值实现方法431
6.5.3深部工程硬岩破坏评价指标数值计算方法442
6.6深部工程硬岩力学参数智能反演方法447
6.6.1深部工程硬岩力学参数三维智能反演原理448
6.6.2深部工程硬岩力学参数三维智能反演步骤449
6.6.3深部工程硬岩力学参数三维智能反演方法应用455
参考文献469
第7章深部工程硬岩灾变机理471
7.1深部工程硬岩开挖破裂区形成与演化机理471
7.1.1深部工程硬岩单区破裂特征与机理472
7.1.2深部工程硬岩分区破裂特征与机理475
7.1.3深部工程硬岩深层破裂特征与机理480
7.1.4深部工程硬岩时效破裂特征与机理483
7.2深部工程硬岩片帮孕育机理487
7.2.1深部工程硬岩片帮特征与发生条件487
7.2.2深部工程硬岩片帮孕育过程与机理491
7.3深部工程硬岩大变形灾害孕育机理503
7.3.1深部工程硬岩深层破裂诱发大变形特征与机理503
7.3.2深部工程镶嵌碎裂硬岩大变形特征与机理508
7.4深部工程硬岩塌方孕育机理516
7.4.1深部工程硬岩应力型塌方特征与机理516
7.4.2深部工程硬岩应力-结构型塌方特征与机理517
7.4.3深部工程硬岩结构型塌方特征与机理526
7.5深部工程硬岩岩爆孕育机理528
7.5.1深部工程硬岩岩爆分类及其孕育机理529
7.5.2深部工程硬岩岩爆分级及其孕育机理537
7.5.3深部工程硬岩岩爆案例分析539
参考文献557
第8章深部工程硬岩灾害孕育过程评估预警与动态防控560
8.1深部工程硬岩灾害孕育过程评估与预警560
8.1.1深部工程硬岩片帮评估方法560
8.1.2深部工程硬岩大变形评估方法568
8.1.3深部工程硬岩岩爆评估方法570
8.1.4深部工程硬岩岩爆预警方法573
8.2深部工程硬岩破裂程度和深度控制原理581
8.2.1裂化抑制法基本原理582
8.2.2深部工程硬岩内部破裂控制方法589
8.2.3深部工程硬岩片帮控制方法592
8.2.4深部工程硬岩大变形控制方法595
8.2.5深部工程硬岩塌方控制方法598
8.3深部工程硬岩能量释放控制原理600
8.3.1能量控制法基本原理600
8.3.2不同类型岩爆防控的能量控制方法606
8.3.3深部工程硬岩岩爆诱发岩体内部破裂的控制方法612
8.3.4深部工程硬岩吸能支护技术615
参考文献620
第9章深部工程应用623
9.1中国锦屏地下实验室二期624
9.1.1工程概况624
9.1.2地下实验室围岩破坏过程预测分析634
9.1.3地下实验室围岩破裂变形过程原位综合监测642
9.1.4地下实验室围岩破裂与变形特征654
9.1.5地下实验室片帮孕育过程的特征、规律和机理684
9.1.6地下实验室塌方孕育过程的特征、规律和机理692
9.1.7地下实验室岩爆孕育过程的特征、规律和机理700
9.2深埋交通隧道岩爆监测、预警与防控732
9.2.1工程概况732
9.2.2隧道岩爆灾害预测分析738
9.2.3隧道施工过程中岩爆特征751
9.2.4隧道岩爆智能监测预警754
9.2.5隧道岩爆风险防控760
9.3巴基斯坦N-J水电站引水隧洞岩爆监测、预警与防控773
9.3.1工程概况773
9.3.2隧洞岩爆灾害预测分析775
9.3.3隧洞施工过程中岩爆特征782
9.3.4隧洞岩爆监测预警785
9.3.5隧洞岩爆风险防控790
9.4深部金属矿镶嵌碎裂硬岩巷道大变形灾害评估与防控798
9.4.1工程概况799
9.4.2深部巷道大变形灾害等级评估803
9.4.3深部巷道大变形灾害防控804
9.5双江口水电站地下厂房围岩破裂预测与控制814
9.5.1工程概况815
9.5.2地下厂房围岩破裂预测820
9.5.3地下厂房上游侧拱肩围岩破坏特征与支护优化836
9.5.4地下厂房下游侧岩台保护层片帮特征与开挖优化845
参考文献854
彩图