高地应力隧道稳定性及岩爆、大变形灾害防治

序

前言

第1章绪论

1.1研究背景与意义

1.2隧道信息化施工研究现状

1.3围岩与支护结构稳定性研究现状

1.4围岩岩爆防治研究现状

1.4.1岩爆烈度分级

1.4.2岩爆形成机理

1.4.3岩爆预测与预报

1.4.4岩爆防治

1.5围岩大变形防治研究现状

1.5.1大变形机制

1.5.2大变形预测

1.5.3大变形支护

1.6本书研究内容与主要成果

参考文献

**篇隧道信息化施工与围岩及支护结构稳定性

第2章信息化施工基本理论与方法概论

2.1新奥法基本原理与内容

2.1.1新奥法基本原理

2.1.2新奥法主要内容

2.2信息化施工概念模型

2.3施工地质跟踪调查与测试方法

2.3.1施工地质跟踪编录与测试

2.3.2反馈应用

2.4地应力测试与分析方法

2.4.1水压致裂测试法

2.4.2应力解除测试法

2.4.3Kaiser效应测试法

2.4.4地应力场的反演分析方法

2.4.5高地应力的判别方法

2.5围岩动态分级方法

2.5.1现状与问题

2.5.2施工阶段围岩分级法

2.6超前地质预报技术与方法

2.6.1地质调查与分析法

2.6.2地球物理探测法

2.6.3直接探测法

2.6.4综合分析法

2.7监控量测方法

2.7.1监控量测的目的和任务

2.7.2监控量测项目及测点埋设

2.7.3监测数据整理

2.7.4监测数据分析与反馈应用

参考文献

第3章隧道地应力场与高地应力研究

3.1地应力测试及分析

3.1.1水压致裂法测试及分析

3.1.2钻孔应力解除法测试及分析

3.1.3声发射Kaiser效应测试及分析

3.1.4a杯测试及分析

3.2隧道区域构造应力场反演分析

3.2.1计算模型

3.2.2模拟结果及验证

3.2.3区域地应力特征

3.3隧道地应力场形成演化数值模拟分析

3.3.1计算模型

3.3.2模拟结果及验证

3.3.3地应力场形成演化过程及变化规律

3.4围岩高地应力分析与判别

3.4.1工程地质定性分析

3.4.2现场地应力测试定量判别

3.4.3应力场有限元模拟定量判别

3.5围岩二次应力测试方法与二次应力场特征研究

3.5.1围岩二次应力测试的W（改进）型门塞式应力恢复法

3.5.2围岩二次应力沿洞轴线方向分布特征

3.5.3围岩二次应力场的断面分布特征

3.5.4围岩二次应力与主要影响因素的相关性

参考文献

第4章施工阶段隧道围岩分级方法及应用研究

4.1概述

4.2施工阶段围岩定性分级

4.2.1围岩定性分级指标选取

4.2.2围岩定性分级指标的快速获取方法

4.2.3泥巴山隧道施工阶段围岩定性分级方法

4.3施工阶段围岩定量分级

4.3.1围岩定量分级指标选取

4.3.2围岩定量分级指标的快速获取方法

4.3.3围岩定量分级的BQ法

4.4高地应力隧道围岩分级BQ—hg法及应用

4.4.1高地应力隧道围岩分级的BQ—hg法

4.4.2高地应力隧道围岩分级BQ—hg法应用

4.5施工阶段围岩智能分级方法及应用

4.5.1人工神经网络法

4.5.2模糊逻辑推理法

4.5.3支持向量机法

4.6围岩分级智能判别软件系统开发与应用

4.6.1系统设计

4.6.2软件开发

4.6.3软件应用

参考文献

第5章隧道综合超前地质预报方法研究

5.1概述

5.2超前物探不良地质响应特征研究

5.2.1TSP对不良地质响应特征

5.2.2地质雷达对不良地质响应特征

5.2.3瞬变电磁法对不良地质响应特征

5.2.4BEAM法不良地质响应特征

5.3隧道不良地质综合超前地质预报方法及应用

5.3.1地质分析为主的综合预报体系

5.3.2不良地质综合预报模型

5.3.3综合预报方法在铜锣山隧道中的应用

5.4隧道超前地质预报软件开发及应用

5.4.1软件设计及功能

5.4.2软件开发

5.4.3应用案例

参考文献

第6章围岩位移量测及参数反演分析

6.1围岩位移量测方法

6.1.1壁面位移量测

6.1.2多点位移计量测

6.2围岩收敛、拱顶下沉分析与稳定性判别

6.2.1鹧鸪山隧道量测分析

6.2.2二郎山隧道量测分析

6.3围岩内部位移分析与松动圈确定

6.3.1鹧鸪山隧道量测分析

6.3.2二郎山隧道量测分析

6.4围岩岩体力学参数反演分析

6.4.1位移反分析理论简介

6.4.2典型工程反演分析

参考文献

第7章隧道围岩稳定性分析与评价

7.1围岩变形破坏特征

7.2围岩稳定性的块体理论分析

7.2.1块体稳定分析理论简介

7.2.2块体稳定性分析及评价

7.3围岩稳定性的数值模拟分析

7.3.1围岩稳定性的三维有限元分析

7.3.2围岩稳定性的动态跟踪分析

7.3.3岩体质量对围岩稳定性的影响分析

7.4围岩稳定性的监测信息反馈评价

7.4.1位移监测信息反馈评价

7.4.2支护结构监测信息反馈评价

7.5围岩稳定性综合评价及反馈应用

参考文献

第8章隧道支护结构力学行为及安全性研究

8.1隧道支护结构受力特征现场监测

8.1.1V级围岩段典型断面监测（LK22 100）

8.1.2Ⅳ级围岩段典型断面监测（LK23 605）

8.2隧道支护结构力学行为数值模拟

8.2.1地质与计算模型概述

8.2.2进口浅埋段施工过程数值模拟

8.2.3V级围岩段施工过程数值模拟

8.2.4Ⅳ级围岩段施工过程数值模拟

8.2.5出口偏压段施工过程数值模拟

8.2.6小结

8.3隧道支护结构受力计算

8.3.1荷载结构法计算模型

8.3.2进口浅埋段支护结构计算

8.3.3V级围岩段支护结构计算

8.3.4Ⅳ级围岩段支护结构计算

8.3.5出口偏压段支护结构计算

8.4隧道支护结构力学行为综合研究

8.4.1龙溪隧道支护结构变形破坏特征分析

8.4.2龙溪隧道支护结构力学行为综合分析

8.4.3龙溪隧道初期支护结构安全性评价

8.4.4龙溪隧道初期支护参数优化

参考文献

……

第二篇隧道岩爆灾害及其防治

第三篇隧道大变形灾害及其防治 2100433B

全书共分为三篇，16章。**篇为隧道信息化设计与施工，主要阐述高地应力隧道信息化施工的理论、方法及应用。第二篇为隧道岩爆灾害及其防治，第三篇为隧道大变形灾害及其防治。这两篇分别阐述岩爆、大变形的特征与烈度分级，岩爆、大变形的形成机制，岩爆、大变形的预测与防治措施等。建立了新的岩爆力学机制模型和6种地质力学模式，提出了围岩大变形的7种力学模式；建立了岩爆、大变形的分类和分级体系，提出了岩爆烈度分级的RMS新方案，将大变形划分为围岩岩性控制型、围岩结构控制型和人工采掘控制型三个大类和若干亚类，并建立了大变形的工程分级指标和方案；通过对各种支护结构的加固机理研究，提出了岩爆和大变形的防治方案和措施；提出了岩爆和大变形综合集成预测的学术思路，并建立了相应的综合集成方法体系，初步构建了以工程地质分析为核心、超前探测为支撑的的隧道施工超前地质预报系统。

第1章绪论

1.1地应力概述

1.1.1地应力的概念

1.1.2高地应力

1.2软岩及软岩隧道

1.2.1软弱围岩的含义及力学特性

1.2.2软弱围岩隧道

1.3高地应力软岩荷载问题的研究现状

1.3.1高地应力软岩荷载问题国外研究现状

1.3.2高地应力软岩荷载问题国内研究进展

1.4高地应力软岩隧道的荷载机制

1.4.1基于原岩应力和开挖位移的高地应力软岩隧道围岩压力研究

1.4.2基于开挖应力释放率模型的高地应力软岩隧道衬砌压力研究

第2章地应力的分布规律

2.1地应力的影响因素分析

2.1.1地应力成因

2.1.2地应力的主要影响因素

2.2全球地应力区域构造分析

2.3中国应力场分析

2.3.1中国实测地应力分析

2.3.2中国不同岩性地应力分析

2.4青藏地区地应力分析

2.4.1青藏地区地应力成因

2.4.2青藏地区地应力分布

2.4.3青藏地区三大岩性地应力分布规律

2.4.4综合分析

第3章隧道区域地应力实测与应力拓展

3.1国内外研究现状

3.1.1国外研究现状

3.1.2国内研究现状

3.2地应力测量方法

3.2.1应力解除法之空腔包体应变计法

3.2.2孔底应力解除法

3.2.3水压致裂法

3.2.4声发射法

3.2.5应力恢复法

3.3软岩隧道的地应力测量

3.3.1天池坪隧道高地应力现场测试与分析

3.3.2两水隧道地应力测试结果分析

3.4宏观地应力场拓展分析

3.4.1BP神经网络改进与地应力场拓展

3.4.2地应力场拓展分析

第4章软弱围岩隧道

4.1软岩隧道的现状

4.2软岩隧道的特征分析

4.3软岩隧道变形演化机制

4.4软岩隧道变形原因

4.5高地应力软岩隧道围岩压力和围岩与支护结构相互作用

4.6高地应力软岩隧道围岩压力研究中的主要理论问题

第5章高地应力软岩隧道的荷载机制

5.1基于原岩应力和开挖位移的高地应力软岩隧道围岩压力的研究

5.1.1围岩软化“直曲直”模型

5.1.2软化模量的概念及其物理意义

5.1.3岩体应变模型

5.1.4基于岩体软化“直曲直”模型的卡斯特耐尔扩展公式推导

5.1.5弹性区围岩应力分布的理论解

5.1.6塑性软化区卡斯特耐尔扩展公式推导

5.1.7塑性流动区卡斯特耐尔扩展公式推导

5.1.8卡斯特耐尔扩展公式广泛性分析

5.1.9卡斯特耐尔扩展公式与经典卡斯特耐尔公式对比分析

5.2卡斯特耐尔扩展公式实例分析与工程应用

5.2.1卡斯特耐尔扩展公式应用探讨

5.2.2经典实例分析

5.2.3木寨岭隧道高地应力Ⅴ级软岩段应用

5.3基于开挖应力释放率模型的高地应力软岩隧道衬砌压力研究

5.3.1基于净空收敛曲线三阶段划分的高地应力软岩隧道衬砌压力研究

5.3.2基于净空收敛曲线拟合的高地应力软岩隧道衬砌压力研究

5.4高地应力软弱围岩条件下支护结构与围岩相互作用三维数值分析

5.4.1关角隧道基于等效连续介质模型的三维数值分析

5.4.2基于围岩参数全过程变化的木寨岭隧道Ⅴ级软岩段

三维数值分析

参考文献2100433B

在能量、时间与频率、以及质量范畴内，把高地应力下硬岩爆破破裂行为的基础问题，抽象为爆炸加载与高地应力共同作用，致使硬岩产生破裂响应的动静组合能量守恒系统。主要研究：高地应力作用对硬岩中爆炸应力波传播产生影响的规律；不同应力状态下硬岩选择性吸收应力波能量的频谱分量，与地应力作用对爆生裂隙的发育与扩展等破裂行为产生倾向性影响之间，存在的内在联系；高地应力卸荷对破裂行为产生影响的机理；进行不同地应力作用下，2-D与3-D物理模型对比破裂实验，从方法学的角度揭示应力波与地应力作用，对硬岩破裂(碎)结果产生影响的机制；最后，根据硬岩消耗的能量与其损伤、破裂或破碎程度之间，存在的对应关系，基于断裂力学理论和能量守恒原理，探索高地应力下硬岩爆破破裂行为机理。本研究对于提高硬岩地下工程建设质量，控制工程建设与运营风险，满足国民经济持续发展对矿产资源、水电及交通地下工程的需求，具有理论和现实意义。

在地下工程及深井采矿等工程领域，高地应力对硬岩爆破破裂行为产生影响。本项目研究高应力硬岩爆破破裂行为的机理。通过20MN双向反力架，对混凝土模型(长60cm×宽60cm×高15cm)侧面施加静荷载(Px，Py)，模拟高地应力作用；采用水中放电爆炸(UDE)加载技术，在模型中央圆孔中施加冲击荷载；利用模型中安装的应变式传感器和压力传感器，测定了静荷载与冲击加载共同作用产生的径向应力波。用数值模拟方法，研究了静荷载的变化，与圆孔周围静应力场差异性分布状态之间存在的关系。分析了静应力场差异分布状态和加载水平的变化，对应力波参数产生影响的趋势。根据能量守恒原理，分析了模型产生倾向性破损力学行为，与静应力场差异性分布以及冲击加载能级之间存在的内在联系，初步揭示了高地应力下硬岩爆破破裂行为的机理。本研究有利提高人们对复杂加载条件岩石破裂行为机理的认识水平，有利于提高硬岩地下工程建设质量，控制工程建设与运营风险，满足国民经济持续发展对矿产资源、水电及交通地下工程的需求，具有理论和现实意义。 2100433B