硬岩板裂化及其锚固机理

目 录

第1章 绪论 1

1.1 深埋硬岩板裂化与板裂化岩爆 3

1.1.1 板裂化现象与概念 3

1.1.2 板裂化岩爆的概念 7

1.2 研究现状 9

1.2.1 板裂化机理与力学模型 9

1.2.2 板裂化岩爆 18

1.2.3 锚杆锚固机理及止裂效应 23

第2章 工程尺度围岩板裂化特征 28

2.1 板裂化形态描述指标 28

2.2 工程尺度围岩板裂化分布特征 30

2.2.1 概述 30

2.2.2 沿隧洞洞周切线方向板裂化形态特征 32

2.2.3 沿隧洞围岩径向方向板裂化形态特征 35

2.2.4 沿隧洞开挖方向板裂化形态特征 42

2.3 小结 43

第3章 板裂化类型、机理及其应力条件 45

3.1 硬脆性岩石室内试验综述 45

3.2 室内大理岩试样破坏形态和破坏机制 50

3.2.1 试验试样和试验设备 50

3.2.2 试样宏观破坏形态及其应力条件 51

3.2.3 试样破裂面微观形态及破裂机制 63

3.3 基于弹性理论的隧洞围岩应力状态 65

3.4 硬脆性岩石板裂化类型和应力条件 71

3.5 小结 72

第4章 板裂化力学模型与数值模拟方法 74

4.1 板裂化力学模型 74

4.1.1 初始屈服准则研究 74

4.1.2 塑性势函数和应变软化过程 87

4.2 板裂化数值模拟方法 89

4.2.1 力学模型的数值实现 89

4.2.2 抗拉强度非均质的数值实现 89

4.2.3 板裂化破坏的表征方法FAI 91

4.3 力学模型的算例验证和单元网格的影响 91

4.3.1 对加拿大Mine-by 试验洞板裂化破坏的模拟验证 91

4.3.2 对锦屏二级水电站试验支洞围岩板裂化破坏的模拟验证 93

4.3.3 计算参数和单元网格的影响 97

4.4 小结 100

第5章 板裂化形态特征影响因素及影响规律 101

5.1 开挖断面曲率半径对板裂化形态的影响 101

5.1.1 试验概况 101

5.1.2 试验结果 103

5.1.3 开挖断面曲率半径对板裂化的影响分析 106

5.2 基于数值计算结果的板裂化影响因素分析 108

5.2.1 地应力对板裂化形态的影响 109

5.2.2 岩体空间变异性对板裂化形态的影响 112

5.2.3 开挖过程对板裂化形态的影响 121

5.3 小结 124

第6章 板裂化岩爆发生机制及倾向性分析方法 125

6.1 工程现场板裂化岩爆特征 125

6.1.1 锦屏二级水电站岩爆统计 125

6.1.2 板裂化形态特征与板裂化岩爆的关系 129

6.1.3 典型板裂化岩爆案例 131

6.2 板裂化岩爆发生机制和类型讨论 132

6.3 板裂化岩爆模拟试验 135

6.3.1 试验概况 135

6.3.2 试验结果 138

6.3.3 矿柱型岩爆机制和岩爆能量源的讨论 146

6.4 基于突变理论的板裂化岩爆倾向性分析 149

6.4.1 力学模型简化 149

6.4.2 单块岩板的突变分析 150

6.4.3 组合岩板的突变分析 153

6.4.4 准静力条件下岩爆倾向性分析 155

6.4.5 动力扰动下岩爆倾向性分析 157

6.5 小结 159

第7章 板裂化锚杆锚固机制 160

7.1 不同锚固形式锚杆锚固止裂机制 160

7.1.1 试验概况 160

7.1.2 含不同倾角预制裂隙试样变形破坏特性 164

7.1.3 预应力锚杆及全长黏结式锚杆锚固止裂效应 171

7.1.4 锚固止裂机制 179

7.2 板裂化预应力锚杆锚固机制 183

7.2.1 试验方案 184

7.2.2 试验结果分析 184

7.2.3 锚固机制 192

7.3 小结 194

参考文献 195

附图 209 2100433B

本书围绕硬岩板裂化机理、模型及板裂化锚固机制等前沿基础问题开展系统深入的研究，在理论、方法及工程应用等方面均取得了重要进展。本书介绍硬岩板裂化的工程尺度特征和板裂化岩爆特征，详细阐述板裂化类型、机理及其发生的应力条件、板裂化力学模型与数值模拟方法、板裂化形态特征的影响因素及影响规律、板裂化岩爆机制及倾向性、板裂化破坏锚固机制等系统性研究成果，并结合锦屏二级水电站深埋水工隧洞工程实践进行了现场应用。研究成果可为我国深部工程安全建设、深部资源安全开采提供有力的技术保障，同时也可丰富深部岩体力学理论。

《深埋巷道底鼓机理及其锚固技术研究》结合常村矿S6采区1号回风上山围岩条件，采用现场测试和数值模拟方法获得了煤层围岩的地应力、围岩强度和围岩结构特征，分析了地应力环境下巷道底板围岩的稳定性，运用广义平面应变问题和统一强度理论对处于三向地应力环境下的巷道围岩进行弹塑性破坏力学解析，研究了锚杆和锚杆-混凝土反拱组合结构控制底鼓的力学机理。通过相似模拟试验，分析在无支护和采取底锚措施后巷道底板围岩应力分布和变形破坏特征，提出了底鼓控制措施，并进行了现场工业性试验。

《深埋巷道底鼓机理及其锚固技术研究》可供从事采矿工程的研究人员及工程技术人员使用。

《博士后文库》序言

序

前言

第一篇预应力锚索锚固力损失机理

第二篇预应力锚索锚固力损失监测技术

第三篇预应力锚索锚固力监测工程应用研究 2100433B