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深埋隧洞应变软化围岩变形及与支护相互作用机理

深埋隧洞应变软化围岩变形及与支护相互作用机理
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作者:
出版社: 科学出版社
2021-12
版次: 1
ISBN: 9787030708984
定价: 88.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 纯质纸
页数: 145页
字数: 202.000千字
分类: 自然科学
  • 《深埋隧洞应变软化围岩变形及与支护相互作用机理》总结作者近年来在岩石应变软化本构关系、深埋隧洞围岩变形机理、围岩与全长黏结式锚杆作用机制等理论方面的研究成果；详述目前国内外的研究进展，给出深埋隧洞应变软化围岩的变形计算方法，探究应变软化围岩开挖卸荷后的非线性剪胀效应，剖析考虑变围压的岩体应变软化效应及变形机理；基于统一强度理论分析中间主应力影响下的应变软化围岩稳定性，给出考虑开挖面空间效应的围岩虚拟支护力计算方法，提出改进的深埋高应力条件下围岩的临界变形分类系统，给出全长黏结式锚杆支护效应的数值解答。 目录

    第1章 深埋隧洞围岩变形及与支护相互作用的研究概述 1 

    1.1 引言 1 

    1.2 相关领域国内外研究现状 2 

    1.2.1 岩体应变软化与剪胀特性研究现状 2 

    1.2.2 岩体质量分级系统 5 

    1.2.3 圆形隧道弹塑性分析研究现状 6 

    1.2.4 支护与围岩相互作用研究现状 10 

    1.3 本书主要内容 16 

    第2章 基于岩体应变软化行为的深埋圆形隧道弹塑性分析 18 

    2.1 引言 18 

    2.2 隧洞开挖弹塑性分析的基本假定与相关力学模型 19 

    2.2.1 基本假定 19 

    2.2.2 岩体不同峰后力学行为下的开挖模型 19 

    2.3 屈服准则与流动法则 21 

    2.4 求解思路与具体求解流程 22 

    2.4.1 基本控制方程 23 

    2.4.2 弹性区域应力、应变的求解过程 23 

    2.4.3 塑性区域应力、应变的求解过程 24 

    2.4.4 塑性区域半径的求解过程 26 

    2.4.5 求解流程及与其他研究的不同之处 27 

    2.5 算例验证 29 

    2.6 分析与讨论 31 

    2.6.1 临界塑性软化系数对围岩特征曲线的影响分析 31 

    2.6.2 剪胀系数对洞壁围岩变形与塑性区域半径的影响分析 32 

    2.7 本章 小结 34 

    第3章 隧洞开挖后应变软化围岩的非线性剪胀效应分析 36 

    3.1 引言 36

    3.2 岩石非线性剪胀模型的理论推导 37 

    3.3 围岩应力、应变场的求解过程 38 

    3.4 分析与讨论 39 

    3.4.1 不同质量石灰岩剪胀系数的比较 40 

    3.4.2 塑性软化区域与塑性残余区域剪胀系数的分布 41 

    3.4.3 不同支护压力下剪胀系数的比较 42 

    3.4.4 恒定剪胀模型与非线性剪胀模型下围岩变形的比较 43 

    3.5 本章 小结 43 

    第4章 考虑围压卸荷路径的应变软化围岩的受力变形机理研究 45 

    4.1 引言 45 

    4.2 变化围压模型的理论推导 46 

    4.2.1 临界塑性软化系数与围压之间的关系 46 

    4.2.2 隧道开挖后围压的卸荷路径 48 

    4.2.3 围岩进入塑性残余区域的判断准则 49 

    4.3 分析与讨论 50 

    4.3.1 临界塑性软化系数与塑性软化系数的变化规律 50 

    4.3.2 强度参数在塑性软化区域内的变化规律 52 

    4.3.3 径向应力与切向应力在塑性区域内的分布规律 53 

    4.3.4 洞壁围岩变形与塑性区域半径随支护压力的变化曲线 55 

    4.4 本章 小结 57 

    第5章 考虑中间主应力影响的应变软化围岩稳定性分析 58 

    5.1 引言 58 

    5.2 统一强度理论介绍 59 

    5.3 半解析半数值方法与计算流程 60 

    5.3.1 塑性软化区域内的围岩变形 61 

    5.3.2 塑性软化区域与塑性残余区域半径 61 

    5.3.3 塑性残余区域内的围岩变形 62 

    5.3.4 计算流程 62 

    5.4 算例验证 63 

    5.5 参数分析 64 

    5.5.1 中间主应力影响下的围岩变形 65

    5.5.2 中间主应力影响下的围岩稳定性 66 

    5.6 本章 小结 67 

    第6章 考虑开挖面空间效应的围岩虚拟支护力分析 69 

    6.1 引言 69 

    6.2 考虑开挖面空间效应的两阶段分析法 70 

    6.3 围岩虚拟支护力的求解过程 72 

    6.3.1 位移特征曲线的求解过程 72 

    6.3.2 围岩LDP 的求解过程 73 

    6.3.3 位移特征曲线与围岩LDP 的耦合 74 

    6.4 算例验证 75 

    6.4.1 围岩LDP 的解法验证 75 

    6.4.2 虚拟支护力的解法验证 78 

    6.5 分析与讨论 81 

    6.5.1 临界塑性软化系数的影响 81 

    6.5.2 初始应力的影响 83 

    6.5.3 剪胀系数的影响 85 

    6.6 本章 小结 86 

    第7章 深埋高应力下应变软化围岩的临界变形分类系统 88 

    7.1 引言 88 

    7.2 应变软化力学模型及基本假定 88 

    7.3 改进的应变软化岩体变形分类系统 89 

    7.4 临界应变与临界支护压力的预测方法 91 

    7.4.1 计算流程图 91 

    7.4.2 数值计算程序 93 

    7.5 临界支护压力的计算结果 95 

    7.5.1 非线性回归公式 95 

    7.5.2 响应面 98 

    7.6 临界应变的计算结果 101 

    7.6.1 达到塑性软化与塑性残余阶段时的临界应变 101 

    7.6.2 与Sakurai 、Hoek 临界应变的对比结果 102 

    7.7 本章 小结 104

    第8章 全长黏结式锚杆在深埋隧洞中支护效应的理论解 106 

    8.1 引言 106 

    8.2 问题描述 107 

    8.2.1 基本假定 107 

    8.2.2 岩体屈服准则与流动法则 108 

    8.2.3 全长黏结式锚杆分布状态 108 

    8.2.4 隧洞掘进时围岩与锚杆的相互作用机理 109 

    8.3 全长黏结式锚杆加固力学效应 110 

    8.3.1 应力平衡与位移协调方程 110 

    8.3.2 锚杆-砂浆界面的力学特征 112 

    8.3.3 锚杆托盘的力学特征 112 

    8.4 围岩与锚杆的应力、应变预测 113 

    8.4.1 施加锚杆之前 113 

    8.4.2 施加锚杆之后 115 

    8.4.3 本方法相比于既有研究的优势 120 

    8.5 方法验证 121 

    8.6 分析与讨论 125 

    8.6.1 界面剪切刚度的影响 125 

    8.6.2 应变软化效应与支护时机的影响 128 

    8.6.3 锚杆托盘的影响 130 

    8.7 本章 小结 132 

    参考文献 133
  • 内容简介:
    《深埋隧洞应变软化围岩变形及与支护相互作用机理》总结作者近年来在岩石应变软化本构关系、深埋隧洞围岩变形机理、围岩与全长黏结式锚杆作用机制等理论方面的研究成果；详述目前国内外的研究进展，给出深埋隧洞应变软化围岩的变形计算方法，探究应变软化围岩开挖卸荷后的非线性剪胀效应，剖析考虑变围压的岩体应变软化效应及变形机理；基于统一强度理论分析中间主应力影响下的应变软化围岩稳定性，给出考虑开挖面空间效应的围岩虚拟支护力计算方法，提出改进的深埋高应力条件下围岩的临界变形分类系统，给出全长黏结式锚杆支护效应的数值解答。
  • 目录:
    目录

    第1章 深埋隧洞围岩变形及与支护相互作用的研究概述 1 

    1.1 引言 1 

    1.2 相关领域国内外研究现状 2 

    1.2.1 岩体应变软化与剪胀特性研究现状 2 

    1.2.2 岩体质量分级系统 5 

    1.2.3 圆形隧道弹塑性分析研究现状 6 

    1.2.4 支护与围岩相互作用研究现状 10 

    1.3 本书主要内容 16 

    第2章 基于岩体应变软化行为的深埋圆形隧道弹塑性分析 18 

    2.1 引言 18 

    2.2 隧洞开挖弹塑性分析的基本假定与相关力学模型 19 

    2.2.1 基本假定 19 

    2.2.2 岩体不同峰后力学行为下的开挖模型 19 

    2.3 屈服准则与流动法则 21 

    2.4 求解思路与具体求解流程 22 

    2.4.1 基本控制方程 23 

    2.4.2 弹性区域应力、应变的求解过程 23 

    2.4.3 塑性区域应力、应变的求解过程 24 

    2.4.4 塑性区域半径的求解过程 26 

    2.4.5 求解流程及与其他研究的不同之处 27 

    2.5 算例验证 29 

    2.6 分析与讨论 31 

    2.6.1 临界塑性软化系数对围岩特征曲线的影响分析 31 

    2.6.2 剪胀系数对洞壁围岩变形与塑性区域半径的影响分析 32 

    2.7 本章 小结 34 

    第3章 隧洞开挖后应变软化围岩的非线性剪胀效应分析 36 

    3.1 引言 36

    3.2 岩石非线性剪胀模型的理论推导 37 

    3.3 围岩应力、应变场的求解过程 38 

    3.4 分析与讨论 39 

    3.4.1 不同质量石灰岩剪胀系数的比较 40 

    3.4.2 塑性软化区域与塑性残余区域剪胀系数的分布 41 

    3.4.3 不同支护压力下剪胀系数的比较 42 

    3.4.4 恒定剪胀模型与非线性剪胀模型下围岩变形的比较 43 

    3.5 本章 小结 43 

    第4章 考虑围压卸荷路径的应变软化围岩的受力变形机理研究 45 

    4.1 引言 45 

    4.2 变化围压模型的理论推导 46 

    4.2.1 临界塑性软化系数与围压之间的关系 46 

    4.2.2 隧道开挖后围压的卸荷路径 48 

    4.2.3 围岩进入塑性残余区域的判断准则 49 

    4.3 分析与讨论 50 

    4.3.1 临界塑性软化系数与塑性软化系数的变化规律 50 

    4.3.2 强度参数在塑性软化区域内的变化规律 52 

    4.3.3 径向应力与切向应力在塑性区域内的分布规律 53 

    4.3.4 洞壁围岩变形与塑性区域半径随支护压力的变化曲线 55 

    4.4 本章 小结 57 

    第5章 考虑中间主应力影响的应变软化围岩稳定性分析 58 

    5.1 引言 58 

    5.2 统一强度理论介绍 59 

    5.3 半解析半数值方法与计算流程 60 

    5.3.1 塑性软化区域内的围岩变形 61 

    5.3.2 塑性软化区域与塑性残余区域半径 61 

    5.3.3 塑性残余区域内的围岩变形 62 

    5.3.4 计算流程 62 

    5.4 算例验证 63 

    5.5 参数分析 64 

    5.5.1 中间主应力影响下的围岩变形 65

    5.5.2 中间主应力影响下的围岩稳定性 66 

    5.6 本章 小结 67 

    第6章 考虑开挖面空间效应的围岩虚拟支护力分析 69 

    6.1 引言 69 

    6.2 考虑开挖面空间效应的两阶段分析法 70 

    6.3 围岩虚拟支护力的求解过程 72 

    6.3.1 位移特征曲线的求解过程 72 

    6.3.2 围岩LDP 的求解过程 73 

    6.3.3 位移特征曲线与围岩LDP 的耦合 74 

    6.4 算例验证 75 

    6.4.1 围岩LDP 的解法验证 75 

    6.4.2 虚拟支护力的解法验证 78 

    6.5 分析与讨论 81 

    6.5.1 临界塑性软化系数的影响 81 

    6.5.2 初始应力的影响 83 

    6.5.3 剪胀系数的影响 85 

    6.6 本章 小结 86 

    第7章 深埋高应力下应变软化围岩的临界变形分类系统 88 

    7.1 引言 88 

    7.2 应变软化力学模型及基本假定 88 

    7.3 改进的应变软化岩体变形分类系统 89 

    7.4 临界应变与临界支护压力的预测方法 91 

    7.4.1 计算流程图 91 

    7.4.2 数值计算程序 93 

    7.5 临界支护压力的计算结果 95 

    7.5.1 非线性回归公式 95 

    7.5.2 响应面 98 

    7.6 临界应变的计算结果 101 

    7.6.1 达到塑性软化与塑性残余阶段时的临界应变 101 

    7.6.2 与Sakurai 、Hoek 临界应变的对比结果 102 

    7.7 本章 小结 104

    第8章 全长黏结式锚杆在深埋隧洞中支护效应的理论解 106 

    8.1 引言 106 

    8.2 问题描述 107 

    8.2.1 基本假定 107 

    8.2.2 岩体屈服准则与流动法则 108 

    8.2.3 全长黏结式锚杆分布状态 108 

    8.2.4 隧洞掘进时围岩与锚杆的相互作用机理 109 

    8.3 全长黏结式锚杆加固力学效应 110 

    8.3.1 应力平衡与位移协调方程 110 

    8.3.2 锚杆-砂浆界面的力学特征 112 

    8.3.3 锚杆托盘的力学特征 112 

    8.4 围岩与锚杆的应力、应变预测 113 

    8.4.1 施加锚杆之前 113 

    8.4.2 施加锚杆之后 115 

    8.4.3 本方法相比于既有研究的优势 120 

    8.5 方法验证 121 

    8.6 分析与讨论 125 

    8.6.1 界面剪切刚度的影响 125 

    8.6.2 应变软化效应与支护时机的影响 128 

    8.6.3 锚杆托盘的影响 130 

    8.7 本章 小结 132 

    参考文献 133
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