深埋引水隧洞围岩-支护系统时效力学特性与长期稳定性

本书系统介绍作者近年来在深埋引水隧洞围岩-支护系统时效力学特性与长期稳定性方面取得的研究成果。依托目前世界上规模最大、埋深最大的水工隧洞——锦屏二级水电站深埋引水隧洞的工程背景进行研究，主要研究内容包括深埋引水隧洞结构性态原位监测方法、深埋引水隧洞开挖损伤围岩蠕变特性测试分析方法、深埋引水隧洞围岩-支护系统物理模型试验技术、深埋引水隧洞开挖损伤围岩时效力学模型、深埋引水隧洞长期稳定性安全评价方法等，以及上述理论方法在锦屏二级水电站深埋引水隧洞中的应用。本书关于深埋引水隧洞围岩-支护系统长期稳定性评价的学术思想可供其他类型岩石工程设计和稳定性分析参考与借鉴。本书部分插图附彩图二维码，扫码可见。本书可供土木、水利水电、交通、矿山等工程领域的科研与工程技术人员参考，也可供岩石力学、防灾减灾等相关专业的教师与学生参考。

第1章绪论1
1.1引言1
1.2深埋引水隧洞围岩-支护系统时效力学问题的研究现状2
1.2.1岩石流变基本概念2
1.2.2围岩支护结构蠕变特性4
1.2.3工程岩体蠕变力学模型6
1.2.4水对隧洞围岩与结构的影响8
1.2.5隧洞围岩与结构性态监测感知技术10
1.2.6围岩损伤评价与长期稳定性分析12
1.3本书的主要内容13
第2章深埋引水隧洞结构性态与检测装备15
2.1引言15
2.2结构性态长期跟踪监测16
2.2.1围岩变形监测16
2.2.2锚杆应力监测18
2.2.3衬砌应变监测19
2.2.4围岩渗透压力监测20
2.2.5衬砌破坏监测21
2.3多元协同水下检测系统22
2.3.1系统整体构造22
2.3.2系统控制流程25
2.3.3系统工作原理25
2.3.4系统技术特性28
2.3.5模拟测试分析28
2.3.6关键问题讨论31
第3章深埋引水隧洞开挖损伤围岩蠕变特性测试33
3.1引言33
3.2三轴蠕变试验34
3.2.1前期准备工作34
3.2.2试验方案设计35
3.2.3具体测试流程38
3.3时效变形特性39
3.3.1应变-时间曲线39
3.3.2蠕变变形能力40
3.4长期强度特征42
3.5时效破裂机理43
3.5.1宏观破坏模式43
3.5.2蠕变破坏机理45
第4章深埋引水隧洞围岩-支护系统物理模型试验48
4.1引言48
4.2模型试验相似理论49
4.2.1相似模型分类49
4.2.2模型相似条件49
4.3深部硬岩相似材料研制55
4.3.1相似材料研制方法55
4.3.2相似材料配比试验55
4.3.3相似材料物理力学参数57
4.4深埋引水隧洞围岩-支护系统时效物理模型试验59
4.4.1试验加载系统59
4.4.2物理模型制作59
4.4.3加载方案设计61
4.4.4监测系统布置63
4.5深埋引水隧洞围岩-支护系统时效物理模型试验结果分析64
4.5.1变形演化规律64
4.5.2损伤破裂过程68
4.5.3时效破坏机制73
第5章深埋引水隧洞开挖损伤围岩时效力学模型78
5.1引言78
5.2蠕变元件组合模型理论79
5.2.1基本流变元件79
5.2.2元件组合规则81
5.2.3经典元件组合模型81
5.3隧洞围岩蠕变模型84
5.3.1考虑应力影响的改进黏弹性元件84
5.3.2考虑孔压效应的损伤黏塑性元件86
5.3.3非线性VEPD蠕变模型构建87
5.4蠕变模型数值实现91
5.4.1渗流控制方程92
5.4.2应力控制方程93
5.4.3二次开发流程95
5.5模型参数辨识与验证96
5.5.1模型参数辨识96
5.5.2孔隙压力对蠕变参数的影响规律98
5.5.3模型的标定与验证99
第6章深埋引水隧洞围岩-支护系统长期安全评价方法102
6.1引言102
6.2隧洞围岩开挖损伤的综合预测方法103
6.2.1基于Q系统的高应力硬脆性岩体力学参数的修正估计103
6.2.2基于钻孔壁图像和声波测试结果分析的Q-参数评级与调整106
6.2.3考虑岩体力学参数劣化的围岩损伤定量评价108
6.2.4工程适用性验证111
6.3锚杆/锚索三段式强度模型与整体破坏度指标118
6.3.1锚杆/锚索三线性模型118
6.3.2锚杆/锚索安全性评价指标122
6.4模拟砂浆锚杆系统力学特性的局部均一化方法123
6.4.1锚固岩体特征体单元的局部均一化124
6.4.2局部均一化方法的理论背景与数值实现125
6.4.3输入参数的确定128
6.4.4模型验证及工程应用130
6.5围岩-锚杆-衬砌安全性评价指标与可靠度分析方法133
6.5.1围岩-锚杆-衬砌安全性态综合评价指标133
6.5.2围岩-锚杆-衬砌协同承载的可靠度分析方法136
第7章工程应用案例143
7.1引言143
7.2锦屏二级水电站深埋引水隧洞工程概况143
7.2.1工程总体布置143
7.2.2工程区域地质情况144
7.2.3深埋引水隧洞地应力场条件145
7.3工程区三维初始地应力场反演148
7.3.1地应力反演的基本理论与方法148
7.3.2区域地应力反演计算152
7.4隧洞施工期围岩短期力学响应分析与验证158
7.4.1计算模型与计算方案158
7.4.2基于CESPA的围岩力学参数估计160
7.4.3施工开挖初期的围岩变形损伤初步分析162
7.5隧洞运营期围岩-支护系统长期力学响应预测165
7.5.1蠕变分析流程165
7.5.2计算条件与计算参数166
7.5.3长期运营过程的围岩变形损伤演化分析168
参考文献175