目录

《岩石力学与工程研究著作丛书》序

《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话

前言

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.1.1 采掘巷道围岩压力拱研究现状 2

1.1.2 采场围岩三维压力拱研究现状 2

1.2 本书主要研究内容 3

第2章 层状岩板断裂铰接拱失稳破坏特征 5

2.1 层状岩板断裂铰接拱试验 5

2.1.1 岩板试样及加载装置 5

2.1.2 试验步序及试验过程 7

2.1.3 单层岩板断裂铰接成拱失稳特征 8

2.1.4 双层组合岩板变形破坏失稳特征 11

2.1.5 双层组合岩板断裂失稳破坏模式 14

2.2 岩拱结构承载力学分析 16开

2.2.1 工程力学模型 16开

2.2.2 竖向荷载与水平反力关系式 17

2.2.3 竖向荷载与水平反力关系曲线 18

2.3 集中荷载作用下单层岩板断裂铰接失稳分析 19

2.3.1 构建计算模型 19

2.3.2 单层岩板模型参数标定 22

2.3.3 单层岩板断裂铰接成拱过程模拟分析 22

2.3.4 单层岩板断裂铰接成拱声发射特征 23

2.3.5 单层岩板断裂铰接拱失稳尺度效应 24

2.4 集中荷载作用下双层岩板断裂铰接失稳分析 25

2.4.1 双层岩板断裂铰接拱失稳特征 25

2.4.2 双层岩板断裂铰接拱失稳过程 26

2.4.3 双层岩板断裂铰接成拱声发射特征 27

2.4.4 双层岩板断裂失稳影响因素分析 29

2.4.5 双层岩板断裂失稳能量耗散特征 30

2.5 固定边界条件岩板断裂失稳破坏特征 33

2.5.1 构建计算模型 33

2.5.2 组合岩板断裂铰接拱失稳破坏过程 34

2.5.3 组合岩板断裂铰接拱失稳破坏特征 35

2.5.4 组合岩板断裂铰接拱失稳影响因素分析 36

第3章 公路隧道围岩压力拱演化特征 40

3.1 隧道围岩压力拱特性 40

3.1.1 隧道围岩压力拱表征 40

3.1.2 建立数值计算模型 41

3.1.3 隧道围岩压力拱尺寸效应 43

3.1.4 隧道围岩压力拱围岩差异效应 44

3.1.5 隧道围岩压力拱应力状态效应 45

3.2 沿隧道轴向分步开挖围岩压力拱分布形态 48

3.2.1 三维数值计算模型 48

3.2.2 静水应力状态沿隧道轴向压力拱分布形态 49

3.2.3 不同应力状态沿隧道轴向压力拱演化特征 51

3.3 隧道围岩压力拱主动调控技术 52

3.3.1 组合锚杆支护尺寸效应 52

3.3.2 不同应力状态组合锚杆支护特性 55

3.3.3 锚杆与锚索联合支护隧道围岩压力拱特征 55

3.4 圆形隧道开挖围岩应力演化热辐射特征 57

3.4.1 热辐射红外成像技术简述 57

3.4.2 热辐射红外成像技术原理 59

3.4.3 圆柱试样单轴压力试验热辐射效应 60

3.4.4 不同围压圆形隧道围岩应力-热辐射试验 66

3.4.5 圆形隧道围岩应力演化热辐射监测及分析 68

第4章 连拱隧道分步开挖围岩压力偏态效应 70

4.1 连拱隧道围岩压力拱演化特征 70

4.1.1 工程概况 70

4.1.2 数值计算模型 71

4.1.3 模拟分析方案 73

4.1.4 连拱隧道分步开挖围岩压力拱演化过程 73

4.1.5 不同工况连拱隧道围岩压力拱演化特征 77

4.2 连拱隧道开挖偏态压力等效荷载计算 81

4.2.1 普氏压力拱围岩荷载计算 82

4.2.2 连拱隧道围岩等效荷载计算 83

4.2.3 隧道围岩等效荷载计算影响因素 85

4.3 连拱隧道偏态压力热红外试验 87

4.3.1 相似模型制作 87

4.3.2 模拟试验步骤 88

4.3.3 台阶法开挖隧道围岩应力热红外特征 89

4.3.4 拓展法开挖隧道围岩应力热红外特征 93

4.4 连拱隧道富水条件下压力拱演化特征 96

4.4.1 计算模型及模拟方案 96

4.4.2 饱水与干燥隧道围岩压力拱演化特征 97

4.4.3 不同埋深连拱隧道围岩压力拱演化特征 101

4.4.4 不同开挖顺序隧道围岩压力拱演化特征 102

4.4.5 不同渗透条件隧道围岩压力拱演化特征 103

第5章 煤层倾角变化采场压力拱演化特征 105

5.1 工程背景 105

5.1.1 工程地质条件 105

5.1.2 主要工程问题 107

5.2 不同工况采场压力拱演化特征 107

5.2.1 采场压力拱边界形态 107

5.2.2 采场三维数值计算模型 109

5.2.3 采面不同推进距离采场压力拱演化特征 110

5.2.4 采动覆岩软硬变化采场压力拱演化特征 113

5.2.5 不同回采速度变化采场压力拱演化特征 115

5.2.6 煤层倾角变化采场围岩压力拱演化特征 116开

5.3 层状结构顶板采场压力拱分布特征 118

5.3.1 层状结构采场力学模型 118

5.3.2 数值计算模型及模拟方案 120

5.3.3 顶板发育夹层采场压力拱变化特征 123

5.3.4 受应力状态影响采场压力拱演化特征 127

5.4 采场压力拱力学模型及失稳机制 130

5.4.1 采场压力拱力学模型 131

5.4.2 采场压力拱力学分析 132开

5.4.3 采场压力拱破坏模式 133

5.4.4 采场压力拱失稳特征 134

第6章 基岩厚度变化采场压力拱演化特征 137

6.1 工程背景 137

6.1.1 工程地质条件 137

6.1.2 矿压显现特征 139

6.2 采场覆岩破断压力拱演化特征 141

6.2.1 回采过程关键块体压力拱结构 141

6.2.2 关键块压力拱结构稳定性分析 146

6.2.3 回采过程压力拱结构模拟分析 150

6.3 采场覆岩复合压力拱演化特征 154

6.3.1 构建数值计算模型 154

6.3.2 薄基岩复合压力拱演化特征 156

6.3.3 厚基岩复合压力拱演化特征 157

6.4 采场覆岩破断压力拱演化试验 159

6.4.1 伺服控制相似模拟实验台 159

6.4.2 相似模拟试验相似比设计 16开1

6.4.3 模拟试验方案及材料配比 16开2

6.4.4 薄基岩破断压力拱演化特征 16开7

6.4.5 厚基岩破断压力拱演化特征 171

6.5 采场围岩压力拱能量演化特征 175

6.5.1 采场围岩力学模型及应变能计算 175

6.5.2 构建三维数值计算模型 178

6.5.3 采场监测单元的应力及能量变化特征 178

6.5.4 采场压力拱的拱脚应力转移变化特征 181

6.5.5 采场压力拱演化与能量集聚耗散特征 182

第7章 浅埋煤层松软顶板采场覆岩运移特征 187

7.1 煤层赋存条件及采动覆岩质量 187

7.1.1 工作面参数及煤层特征 187

7.1.2 主采煤层及顶底板岩性 187

7.1.3 浅埋煤层界定指标 188

7.1.4 采动覆岩质量评价 189

7.2 浅埋煤层采动覆岩运移规律推断 191

7.2.1 采动覆岩运移规律推断 191

7.2.2 采场覆岩结构及其特点 198

7.2.3 采动覆岩结构概化模型 200

7.2.4 采场围岩与支架作用关系 202

7.3 综采软弱覆岩运移相似模拟试验 205

7.3.1 相似模拟试验基础 205

7.3.2 构建物理试验模型 206

7.3.3 采动覆岩运移演化特征 209

7.3.4 采动覆岩支承压力分布 213

7.3.5 采动覆岩结构演化特征 216开

第8章 结论与展望 219

参考文献 2222100433B

《工程扰动围岩压力拱表征及其演化机制》针对围岩承载理论滞后于工程实践的现状，采用理论分析、室内试验、数值模拟与现场监测相结合的研究方法，对室内岩板断裂铰接成拱过程及其失稳特征、单拱隧道开挖围岩压力拱形成机制及演化特征、连拱隧道分步开挖围岩压力演化及偏态效应、采动覆岩复合压力拱结构演化特征及失稳机制等进行系统研究，得出的相关结论对指导采掘工程扰动围岩稳定性分析与控制以及类似工程实践具有重要的理论意义和工程实用价值。

《岩土空洞周围的压力拱及其特性》介绍了岩土中的一种与岩土空洞稳定性有关的特殊自然现象——压力拱的概念和研究现状，着重介绍了作者对压力拱及其特性的最新研究成果：大跨度地下岩石工程辱力拱研究、节理围岩成拱特性研究、双隧道围岩压力拱研究与应用、煤矿常见断面锚喷巷道压力拱特性及稳定性研究、采场围岩压力拱演化研究与应用、城市深基坑压力拱成拱特性研究。

《岩土空洞周围的压力拱及其特性》可供从事岩土工程、土木工程、采矿工程的高校师生阅读及从事地下岩体稳定理论的科研和工程人员参考，也可以作为高校研究生“隧道稳定学”的教学参考书。

项目以西南高山峡谷地区大型水电工程建设为背景，针对深埋隧洞毫秒延迟爆破全断面开挖和开挖掌子面循环推进过程，研究了深部高地应力岩体爆破破碎过程，确定了爆破开挖面上地应力瞬态卸荷力学过程，建立了爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用力学模型；通过研究爆破与岩体开挖瞬态卸荷耦合作用反复扰动引起的围岩应力场调整和围岩损伤演化过程，探明了深埋隧洞爆破开挖诱发围岩损伤破坏的动力扰动机制，揭示了深埋隧洞爆破开挖围岩损伤时域内的演化历程和空间分布特征，提出了反映爆破开挖扰动反复作用影响的深埋隧洞开挖爆破损伤安全阈值。结合项目研究，发表论文16篇，其中SCI论文6篇、EI论文6篇，出版专著1部，培养硕士研究生4人。项目成果有助于加深对深部岩体工程开挖扰动区形成机理与演化规律的认识，丰富了深部岩体开挖效应的分析理论与计算方法，在水利水电、深部采矿和核废料深埋处置等深部岩体工程领域具有推广应用前景。 2100433B

以深部高应力岩石巷道围岩破坏失稳为背景，从巷道围岩的环境和历史条件出发，以远离平衡态非线性理论为指导，采用原位监测与真三轴空心厚壁圆筒卸压试验的新方法，紧紧围绕深部巷道围岩强度衰减这一关键科学问题开展研究。通过采用原位超声波和雷达持续测试巷道围岩破裂演化过程中的强度衰减情况的研究，以及现场多次取岩芯的试验方法，研究现场高应力条件下岩体强度衰减的力学行为，准确把握深部巷道围岩破裂演化及其强度衰减的规律，阐明不同支护加固方法在围岩破裂演化过程中的作用机理；然后通过真三轴空心厚壁圆筒加卸载试验方法，真实再现巷道开挖、围岩强度衰减和支护平衡演化的全过程，选择确定三维强度的描述方法及参数，完善符合其破坏特点的三维岩石强度理论及其相应的演化动态力学模型，揭示深部巷道变形破坏的物理本质，提出具有显著成效的深部巷道围岩破坏后二次稳定控制的原理和方法。