随着我国西部高速公路建设，西部土地资源匮乏与路堤填料选材的矛盾日显突出，在炭质泥岩地区修筑公路、铁路不可避免地采用炭质泥岩作为路堤填料，由于炭质泥岩结构与组分复杂，且具有浸水后岩体强度软化、遇水后易崩解等特点，一旦路堤浸水或路面开裂地表水入渗会产生湿化变形，导致路堤变形和不均匀沉降甚至路堤边坡失稳。为此，本项目通过对炭质泥岩崩解破碎颗粒分布特征与路用性能的研究，分析炭质泥岩崩解特性和水稳性；利用CT扫描技术研究炭质泥岩微结构损伤演化规律；通过现场试验、室内试验和数值模拟和理论分析，系统研究复杂应力下（交通载荷）不同颗粒级配、压实度炭质泥岩路堤湿化变形机理。构建炭质泥岩高速公路路堤填筑技术、施工工艺和质量检测体系。其成果将为高速公路软岩路堤修筑提供相应技术参数和变形控制方法。

本项目根据炭质泥岩的基本物理力学性质，结合相关试验、数值模拟和工程实际情况，分别从以下七个方面对炭质泥岩路堤湿化变形机理及控制技术进行研究。 (1) 从依托项目水文地质条件调查入手，结合室内外试验从炭质泥岩分布、岩性分析、室内外崩解试验、崩解过程的分形特征及描述、分形崩解机理、崩解性控制等方面对炭质泥岩的水理特征进行了系统研究。 (2)通过预崩解炭质泥岩的基本物理性质、颗粒级配分布、CBR实验、室内回弹模量实验、抗剪强度实验等一系列实验，对预崩解炭质泥岩的路用性能进行了系统研究。 (3)通过预崩解炭质泥岩三轴CT同步试验，对预崩解炭质泥岩在受荷后的宏观应力-应变特征以及内部细观结构损伤演化规律进行了深入分析。 (4)通过复杂应力条件下的炭质泥岩湿化变形实验，分析了不同压实度状态下炭质泥岩湿化变形规律，建立了基于邓肯-张理论的预崩解炭质泥岩路堤的湿化变形力学模型，并进行了数值实现。 (5)通过室内试验研究了预崩解炭质泥岩在不同压实度条件下的渗透性质。采用非饱和渗流理论研究了降雨条件下的路堤渗透特征，并结合饱和-非饱和抗剪强度理论探讨了降雨条件下的炭质泥岩路堤稳定性。 (6)以实际沉降观测资料为基础，分别利用双曲线模型、指数曲线模型、泊松曲线模型对炭质泥岩路堤沉降进行预测，建立了沉降预测模型。 (7)提出了炭质泥岩填筑路堤关键技术，对如何进行地基处理、填料摊铺方法、碾压工艺以及施工流程等进行了系统的试验与研究，得到炭质泥岩填筑路堤在施工过程中的宝贵资料。 通过系统研究炭质泥岩路堤湿化变形机理及控制技术，项目组成员撰写和发表了28篇论文（已出版18篇，已录用待刊6篇，已投稿4篇），申请并授权获得了专利3项，培养博士研究生1名，硕士研究生6名。其研究成果对炭质泥岩广泛分布地区路堤的设计、施工以及路堤长期稳定性的控制具有极大的指导意义。

红土在江西广泛分布，被大量用作路堤填料，红土浸水湿化对路基变形影响不可忽视。项目通过GDS非饱和土三轴仪、全自动控制三轴仪及压力板仪等开展了红土湿化变形的三轴试验，研究了不同填筑干密度、粘土矿物含量、湿化应力路径、部分湿化等条件下湿化变形特性，以及非饱和红土土-水特性及强度变化规律，取得了一系列研究成果；通过试验获得了部分湿化变形与应力状态及饱和度的关系式，建立了非饱和土扩展非线性弹性本构方程；同时从热力学理论及液桥计算模型角度，提出了不等径土颗粒组合微观模型下的土-水特征曲线理论解，并结合突变理论从理论上建立了反映湿化效应的湿化变形本构关系，即建立了含水率、基质吸力、湿化变形这三者之间的关系式；编制了可考虑部分湿化变形、强度随含水率变化的饱和—非饱和渗流及应力变形有限元程序。数值模拟了路基浸水下湿化效应对路基沉降变形的影响规律，并与室内路基模型试验结果进行对比；分析了填筑干密度、浸水高度、粘土矿物含量、路堤高度等对路基沉降变形规律。结果表明填筑压实度（干密度）对湿化变形影响较大；红土性质对湿化变形影响也大，压实度相同情况下液限相对较高红土湿化变形大；相同浸水高度下路堤越高产生的湿化变形越大；浸水高度越高产生的湿化变形也越大；结论对红土地区路基设计及施工具有重要的指导意义。 2100433B

基于土体浸水湿化会同时引起其湿化变形及其强度变化的观点，研究湿化效应对高填方红土路基变形影响。首先从试验上开展土体湿化效应试验研究，包括红土湿化变形三轴试验、非饱和红土强度试验及降雨或浸水工况下红土填方路基室内大尺寸模型试验；研究干密度、初始含水率及级配等物理特性对湿化变形及强度变化影响规律，研究反复湿化、部分湿化及减荷条件下湿化引起的湿化变形特征，建立非饱和红土湿化变形以及非饱和红土强度定量表达式；其次从理论上研究湿化效应影响下饱和-非饱和土体渗透固结规律，建立能考虑土体湿化变形以及非饱和土强度随含水率变化的饱和-非饱和渗透固结耦合方程，研究其在岩土工程有限元计算中应用方法，完成相应有限元计算编程；利用开发程序分析湿化效应作用下路基的变形规律以及路基干湿状况、填筑干密度、填筑含水率、颗粒级配及车辆荷载等因素对路基沉降变形影响；根据数值分析成果与室内模型试验结果，提出相应变形控制措施。

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 深部巷道围岩大变形研究

1.3 开采引起巷道围岩大变形的研究

1.4 膨胀性软岩巷道围岩大变形的研究

1.5 工程背景和实际意义

1.6 主要研究思路

第2章 破裂岩矿物晶体化学特性研究

2.1 矿岩成分分析

2.2 破裂岩的微结构和构造

2.3 破裂岩的水理性

2.4 本章小结

第3章 裂隙岩峰后滑移剪膨变形机理研究

3.1 引言

3.2 岩石的三轴压缩试验

3.3 不同侧压下岩石变形和破坏特征

3.4 基于三轴压缩试验的岩石破坏准则

3.5 基于三轴压缩试验的岩石损伤演化方程

3.6 本章小结

第4章 工程岩体神经网络本构模型及其建立

4.1 引言

4.2 显式本构模型与隐式本构模型的分析

4.3 人工神经网络BP算法和程序实现

4.4 神经网络本构模型的应用

4.5 本章小结

第5章 承压区破裂岩采场巷道围岩变形破坏机理

5.1 无底柱分段崩落采矿法采场支承压力的形成与动态显现

5.2 承压区采场巷道围岩变形破坏机理

5.3 巷道围岩渐进破坏规律与主要破坏模式

5.4 影响巷道围岩稳定性的主要因素

5.5 本章小结

第6章 几种典型的锚杆支护理论评价

6.2 主次承载区协调作用理论的基本假设

6.3 主次承载区协调作用支护理论的要点

6.4 主次承载区协调作用支护理论的实质

6.5 主次承载区协调作用支护理论的基本原则

6.6 本章小结

第7章 主次承载区支护理论力学分析与稳定性评价

7.1 圆形巷道非静水应力场主承载区的理论分析

7.2 非圆形巷道非静水应力场主承载区的理论分析

7.3 点锚式锚杆支护的次承载区及力学分析

7.4 全长锚杆支护围岩次承载区及力学分析

7.5 主次承载区的协调作用

7.6 本章小结

第8章 巷道围岩变形机理和支护技术的数值模拟分析

8.1 数值计算方法的选择

8.2 数值计算模型、基本参数和计算内容

8.3 数值计算中时间因素的分析

8.4 影响巷道围岩稳定性的因素分析

8.5 实际开采条件下的计算分析与验证

8.6 本章小结

第9章 主次承载区协调作用支护理论关键技术和工程实施

9.1 巷道围岩支护设计基本原则

9.2 小官庄铁矿采场巷道的围岩分类

9.3 基于主次承载区协调作用理论的“一次强化支护技术”

9.4 典型试验段巷道支护设计、施工与综合评价

9.5 本章小结

第10章 露井联采边坡下巷道变形破坏机理分析

10.1 巷道围岩的工程地质特性分析

10.2 工作面回采对巷道影响分析

10.3 巷道围岩地质条件对巷道稳定性的影响

10.4 边坡下巷道变形破坏机理分析

10.5 本章小结

第11章 露井联采复合采动影响下巷道围岩控制技术研究

11.1 巷道支护设计参数及试验条件

11.2 受B401和B903复合采动影响边坡下巷道支护对策研究

11.3 受B402和B904复合采动影响巷道变形控制技术研究

11.4 复合采动影响下巷道支护对策

11.5 本章小结

参考文献2100433B