《龙游石窟大型古地下工程洞室群科学技术问题研究》论述了一座可能始挖于西汉的大型古地下工程洞室群的工程科学技术问题。其主要内容包括龙游大型古地下工程洞室群的开凿年代和开凿目的等考古学猜想及其文物价值评价，洞室群分布区工程地质条件分析、洞室群古工程科学技术亮点研究、古人高超的勘测、设计和施工方法、洞室变形破坏分析及充水对其稳定性影响分析、岩体长期强度和流变参数反演以及对洞室群的保护问题等。

有关研究成果不仅对工程地质学、岩石力学、地下建筑学等现代科学的发展有所启示，而且对现代重要地下工程的设计、施工和有关的地质灾害防治有一定参考价值。

《龙游石窟大型古地下工程洞室群科学技术问题研究》可供从事岩石地下工程设计、施工、科研的工程技术人员和大专院校工程地质、岩石力学、地下建筑、采矿和旅游专业的师生参考。

序

前言

第1章 绪论

1.1 龙游石窟的发现

1.2 龙游石窟的分布

1.2.1 关于龙游石窟命名问题的思考

1.2.2 龙游石窟的分布

1.3 有关龙游石窟修建目的和修建年代的讨论

1.3.1 龙游县的历史变迁

1.3.2 关于龙游石窟建造目的的各种说法

1.3.3 关于石窟始建年代的讨论

1.4 龙游石窟大型古地下工程科学技术亮点研究的目的和研究动态

1.4.1 龙游石窟古地下工程科学技术问题研究的目的

1.4.2 在龙游石窟古工程科学技术方面的研究动态

1.5 本书所采用的研究方法论和研究内容

1.5.1 主要研究对象

1.5.2 工程地质力学综合集成方法论的应用

1.5.3 研究内容

第2章 龙游石窟洞室特征调查和文物价值的初步评价

2.1 龙游石窟洞室特征调查研究

2.1.1 凤凰山古洞室群的洞室结构

2.1.2 牛场古洞室群的洞室结构

2.1.3 艾公洞的洞室结构

2.1.4 上坂村古洞室群的洞室结构

2.1.5 龙游石窟的洞室基本特征

2.2 关于龙游石窟文物价值的思考

2.2.1 关于文物的定义及文物的基本特征

2.2.2 龙游石窟具有文物所必须具有的两大基本特征

2.2.3 龙游石窟文物价值分析

2.3 龙游石窟信息系统(LCGIS)的建立

2.3.1 Maptitude 4.0简介

2.3.2 龙游石窟信息系统

第3章 凤凰山古洞室群工程地质条件评价和围岩力学参数研究

3.1 气候条件

3.2 区域地质背景

3.2.1 地形地貌

3.2.2 地层岩性

3.2.3 地质构造

3.2.4 地震

3.3 龙游石窟分布区的地形地貌

3.4 凤凰山古洞室群工程区的地层和构造

3.4.1 石窟分布区地层

3.4.2 石窟分布区构造

3.4.3 岩体结构

3.5 石窟围岩黏土矿物分析和崩解规律研究

3.5.1 颗粒分析

3.5.2 胶结物分析

3.5.3 崩解耐久性分析

3.5.4 微结构测试

3.6 岩石物理力学性质

3.6.1 试验方法

3.6.2 试验结果

3.6.3 试验结果综合分析

3.6.4 不同赋存环境下围岩的物理力学性质指标

3.7 水文地质条件

3.7.1 地下水的形成和分布规律

3.7.2 地下水类别和含水岩层(组)划分

3.7.3 水的化学成分

3.7.4 水害问题

3.8 工程地质条件对地下洞室稳定性的影响

第4章 龙游石窟大型古地下工程洞室群科学技术亮点的研究

4.1 FLAC-3D程序及原理简述

4.1.1 有限差分法概述

4.1.2 拉格朗日元法介绍

4.1.3 FLAC-3D计算原理

4.1.4 FLAC-3D计算方法

4.1.5 FLAC-3D所用的本构模型和计算模型

4.1.6 FLAC-3D的其他特点

4.1.7 龙游石窟数值分析所用的计算方法及参数选取

4.2 关于斜顶结构的科学亮点分析

4.2.1 计算模型

4.2.2 计算结果与分析

4.3 关于鱼尾形岩柱的科学亮点分析

4.3.1 计算模型

4.3.2 计算结果与分析

4.3.3 塑性破坏区的比较

4.4 关于岩柱斜托的科学亮点分析

4.4.1 计算模型

4.4.2 计算结果与分析

4.5 关于L形岩柱的科学亮点分析

4.5.1 计算模型

4.5.2 计算结果对比分析

4.6 关于斜墙的科学亮点分析

4.6.1 计算模型

4.6.2 计算结果对比分析

4.7 关于岩柱及其支撑面积问题的讨论

4.7.1 岩柱支撑面积的几何划分方法及结果

4.7.2 凤凰山古洞室群1～5号洞各岩柱横截面积的确定

4.7.3 关于岩柱支撑顶板面积问题的几点看法

4.8 墙脚和柱脚的增大“设计”

4.9 柱墙相连的措施

4.10 洞口斜柱

4.11 避免或减小斜顶与底板之间的锐角问题

4.12 几点结论

第5章 关于古人在工程地质选址、选层及施工方法的猜想

5.1 关于古人在龙游石窟地质选址、选层等方面的猜想

5.1.1 关于古人通过“工程类比法”进行石窟选址的猜想

5.1.2 关于古人采用以“坑槽探”方法为主进行“工程地质勘察”的猜想

5.1.3 层位选择问题

5.1.4 洞口位置选择问题

5.2 关于施工采光问题的讨论

5.2.1 关于阳光照明可能性的讨论

5.2.2 关于火把照明可能性的讨论

5.3 分层开凿方法的采用

5.4 关于开凿方法的讨论

5.4.1 由施工采光引起的两次施工方法的猜想

5.4.2 关于开凿工具的猜想

5.4.3 关于两种开凿方法的猜想

5.5 关于凿痕图案刻凿方法的讨论

5.5.1 关于刻凿方法的猜想

5.5.2 关于分部施工方法和偏差问题

5.5.3 关于装饰图案与采石痕迹之争的讨论

5.6 关于龙游石窟排水系统建立方法的猜想

5.6.1 关于排水系统的功能分析

5.6.2 关于排水系统施工方法的猜想

5.7 工程量测问题

5.7.1 龙游石窟工程量测水平的评价

5.7.2 关于工程量测方法的猜想

第6章 洞室变形破坏分析和长期积水对洞室保护作用的机理初步研究

6.1 凤凰山古洞室群洞室围岩变形破坏情况的调查

6.1.1 围岩变形问题的调查

6.1.2 围岩裂缝的分布调查

6.1.3 围岩塌落和毁坏问题的调查

6.1.4 洞室围岩变形破坏概括

6.2 上坂村古洞室群围岩变形破坏的调查

6.2.1 各洞室顶板的变形破坏问题

6.2.2 各洞室岩柱的变形破坏问题

6.2.3 各洞室边墙的变形破坏问题

6.3 洞室完整程度的定性等级划分及围岩稳定性初步评价

6.3.1 洞室完整性定性分级标准的确定

6.3.2 各洞室完整程度的评价

6.4 长期充水对洞室保护的机理分析

6.4.1 充水情况分析

6.4.2 充水对围岩风化速度的影响

6.4.3 充水对围岩应力应变条件的改善

6.4.4 抽水顺序对相邻洞室稳定性的影响

6.5 几点看法

第7章 岩体长期强度和流变参数反演的研究

7.1 龙游石窟古洞室群反分析的提出

7.2 关于初始地应力的基本假定

7.3 凤凰山古洞室群4号洞P4，2岩柱层面抗剪强度的反演

7.3.1 4号洞数值分析模型

7.3.2 剪切面几何条件的确定

7.3.3 P4，2岩柱抗剪强度反演原理

7.3.4 反分析的初步结果

7.4 牛场古洞室群1号洞顶板和P4，2岩柱长期抗拉强度的反演

7.4.1 问题的提出

7.4.2 基本原理

7.4.3 计算模型

7.4.4 围岩力学参数

7.4.5 拉裂缝法向应力的获取

7.4.6 顶板拉应力反分析

7.4.7 P4，2岩柱上拉应力分析

7.5 凤凰山古洞室群5号洞顶板破坏过程的反演分析

7.5.1 力学模型

7.5.2 流变断裂基本方程

7.5.3 基于正交试验设计的反演分析方法

7.5.4 流变过程及长期稳定性分析的结果

第8章 关于龙游石窟保护问题的若干思考

8.1 研究目的

8.2 关于龙游石窟长期保护问题的战略思考

8.3 抽干洞室积水所造成的问题及原始封存的处理对策

8.4 洞口(边坡)风化和破坏问题及加固方案

8.5 洞内渗水问题及解决方法

8.6 洞室局部破坏及加固方法

8.6.1 加固原则

8.6.2 洞室相对危险区的分区方法

8.6.3 加固思路和加固方法设想

8.7 围岩风化问题及防风化措施

8.8 洞口进雨问题和透明防雨顶棚

8.9 岩柱和边墙的破坏性刻凿及禁止措施

8.10 入洞者安全保证和最佳旅游路线问题

8.11 洞室稳定程度和环境变化的预测及监测

8.11.1 预测洞室稳定程度和环境变化的必要性

8.11.2 主要监测对象和监测手段

8.11.3 关于1～5号洞监测的若干建议

参考文献

后记 2100433B

《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》针对地下洞室群抗震安全问题，以地震灾变中洞室群岩体的动力响应机理为基础，以地下洞室群动力时程分析方法为核心，以开发大型地下洞室群地震灾变模拟系统为途径，以地震灾变中地下洞室群围岩稳定优化控制为目标，通过紧密围绕三维动力时程分析方法和地下洞室群地震响应机理这一研究主线，开展了系统性的研究工作。

《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》系统介绍了大型地下洞室群采用动力时程方法进行地震响应分析的理论及具体应用。《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》全书分为八章，第一章概述地下洞室群抗震计算的现状及《大型地下洞室群动力时程分析方法研究与应用》的总体研究思路；第二章介绍显式有限元求解方法在三维波动场求解中的理论及编程解决方案：第三章介绍动力时程分析中洞室群模型人工边界的设置理论和计算方法；第四章介绍显式动力有限元计算中锚杆、锚索的模拟理论；第五章介绍地下洞室动力计算中前处理的相关技术：第六章介绍动力有限元计算前后处理软件的设计开发；第七章结合实际工程介绍动力时程法计算中洞室群围岩稳定的评判理论；第八章得出结论。

第1章绪论

1.1选题背景和研究意义

1.1.1地下工程的现状

1.1.2地震灾害概况

1.1.3问题的提出

1.2主要科学问题及国内外研究进展

1.2.1地下洞室群地震响应分析的研究方法

1.2.2大型复杂结构动力分析高效计算的实现途径

1.2.3地下洞室群围岩稳定分析方法

1.2.4地震作用下洞室群围岩稳定判据研究

1.3本书的研究内容与技术路线

第2章三维弹性有限元动力计算平台的开发

2.1概述

2.2系统运动方程

2.2.1动力平衡方程

2.2.2单元刚度矩阵

2.2.3单元质量矩阵

2.2.4单元阻尼矩阵

2.3人工边界条件

2.3.1基本概念与分类

2.3.2黏弹性人工边界原理

2.3.3等效黏弹性边界单元与设置方法

2.4地震荷载的输入

2.4.1动力分析问题的分类

2.4.2人工边界的波场分解

2.4.3内行波场的计算

2.4.4输入地震荷载的求解

2.5运动方程的求解

2.6算例验证

2.6.1内源荷载输入

2.6.2外源荷载输入

2.7结构地震响应分析时的若干问题

2.7.1地震波的选取

2.7.2动力计算对模型网格尺寸的要求

2.7.3强震监测数据的滤波和基线校正

2.7.4地下洞室地震响应时输入地震波的折减

2.7.5近场实测强震数据的方向变换

2.8本章小结

第3章地下洞室三维弹塑性损伤动力有限元分析

3.1概述

3.2地震荷载作用下岩体的动态响应特性

3.2.1岩体在动力荷载作用下的响应特性

3.2.2地震荷载作用下地下洞室的应变率分布规律

3.2.3洞室地震响应分析时岩体物理力学参数的取值

3.2.4本节小结

3.3三维弹塑性损伤动力有限元分析

3.3.1屈服准则与塑性本构关系

3.3.2岩石损伤破坏的本构方程

3.3.3动力弹塑性损伤有限元迭代方法

3.3.4动力分析计算基本过程

3.4实例分析

3.4.1工程概况

3.4.2震后实地震损调查

3.4.3实测强震数据分析

3.4.4地下洞室地震响应分析

3.4.5本节小结

第4章大型地下洞室群地震响应的多尺度优化分析方法

4.1概述

4.2结构动力分析中实测强震加速度时域选取的优化算法

4.2.1问题描述

4.2.2基本思路

4.2.3实测强震加速度数据能量的时域表示

4.2.4瞬时能量下限值的确定

4.2.5时域优化过程中的若干问题处理

4.2.6优化算法的有效性验证

4.2.7优化算法的可靠性验证

4.2.8优化算法的实质

4.2.9结论和讨论

4.3大型地下洞室群地震响应分析的动力子模型法

4.3.1问题描述

4.3.2基本思路

4.3.3基于幅值折减的地震波动场计算

4.3.4动力子模型法的实现

4.3.5算例验证

4.3.6动态子结构法及其与动力子模型法的区别

4.3.7结论和讨论

4.4地下洞室地震响应计算的结构模型合理截取范围确定方法

4.4.1问题描述

4.4.2基本方法

4.4.3计算工况和参数设置

4.4.4结构计算模型的合理截取范围分析

4.4.5结论和讨论

4.5本章小结

第5章地下洞室群结构面控制型围岩破坏的有限元分析

5.1概述

5.2基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法

5.2.1问题描述

5.2.2基本思路

5.2.3基于单元重构技术的结构面建模

5.2.4岩土工程中的复杂地质断层建模实例

5.2.5含地质断层的重构模型计算分析

5.2.6讨论

5.2.7结论

5.3基于薄层单元的地下洞室断层结构计算分析

5.3.1基于形函数通用格式的多种形态单元计算

5.3.2考虑复合强度准则的地质断层结构计算

5.3.3实例分析

5.4大型地下洞室群三维复杂块体系统的搜索和稳定分析

5.4.1基于有限元网格的块体识别方法

5.4.2算例验证

5.4.3工程应用

5.4.4结论

5.5考虑结构面层面应力作用的块体稳定分析

5.5.1概述

5.5.2考虑结构面层面应力作用的块体稳定计算

5.5.3实例分析

5.5.4讨论

第6章地震作用下地下洞室群围岩稳定的安全评判方法

6.1概述

6.2基于弹塑性损伤动力有限元的围岩稳定地震响应

松动判据

6.2.1基本思路

6.2.2围岩松动的评判标准

6.2.3工程实例分析

6.3基于地震响应波动解法的地下洞室群围岩稳定性评判

6.3.1基本理论

6.3.2地震作用下地下洞室群的整体稳定性评判

6.3.3地震作用下地下洞室群围岩局部稳定分析

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻博期间发表的论文及科研成果目录

致谢2100433B

理论方法篇

第一章 概论

1.1 概述

1.2 地下洞室群施工系统仿真研究现状

1.3 系统信真技术及其新进展

1.4 本书的主要内容

第二章 面向的图形辅助仿真建模方法

2.1 面向对象技术简介

2.2 面向对象图形辅助信真建模思路及原则

2.3 施工系统信真模型的组成

2.4 面向对象技术在信真建模中的应用

2.5 图形辅助仿真建模中的数据库技术

第三章 基于GIS的地下洞室群施工动态可视化仿真理论与方法

3.1 地下洞室群施工全过程动态仿真原理

3.2 基于GIS的可视化仿真技术

3.3 地下洞室群施工系统三维动态数字建模

3.4 基于GIS的地下洞室群施工过程三维可视化实现

第四章 地下洞室群施工交通运输系统仿真分析

4.1 地下洞室群施工运输系统的描述

4.2 交通运输系统仿真模型的建立

4.3 地下洞室群施工交通运输仿真分析

第五章 地下洞室群施工通风动态仿真分析

5.1 地下洞室施工通风问题研究概述

5.2 地下洞室施工通风仿真计算原理

5.3 地下洞室群施工过程通风动态仿真分析

第六章 地下洞室群施工机械设备优化配置方法研究

6.1 基于灵敏度分析的施工机械设备优化配置方法

6.2 基于多目标优化的施工机械设备优化配置方法

6.3 两种方法的一致性分析

第七章 仿真运行次数的确定及完工概率分析

7.1 仿真运行次数的确定方法

7.2 完工概率分析

第八章 基于遗传算法的施工资源均衡优化方法

第九章 地下洞室群施工系统仿真软件的研制与开发

工程应用篇

第十章 工程实例（一）

第十一章 工程实例（二）

第十二章 工程实例（三）

第十三章 工程实例（四）

第十四章 工程实例（五） 2100433B