深部洞室破壞機(jī)理與圍巖穩(wěn)定分析理論方法及應(yīng)用

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書(shū)》序 《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書(shū)》編者的話(huà) 前言 第1章 緒論 1 1.1 引言 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 3 1.3 本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容及成果 12 第2章 深部洞室分區(qū)破裂模型試驗(yàn) 14 2.1 引言 14 2.2 模型相似材料 14 2.3 模型試驗(yàn)系統(tǒng)研制 17 2.4 分區(qū)破裂地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)過(guò)程與方法 21 2.4.1 模型試驗(yàn)方案 21 2.4.2 模型制作方法 23 2.4.3 模型量測(cè)方法 25 2.4.4 模型加載與開(kāi)挖方法 27 2.5 分區(qū)破裂的產(chǎn)生條件 29 2.5.1 模型洞周破裂現(xiàn)象的對(duì)比分析 29 2.5.2 模型洞周位移和應(yīng)變變化規(guī)律 36 2.5.3 深部洞室分區(qū)破裂的產(chǎn)生條件 39 2.6 分區(qū)破裂的影響因素 41 2.6.1 洞形和地質(zhì)構(gòu)造分布的影響 41 2.6.2 分區(qū)破裂影響因素分析 52 2.7 模型試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果對(duì)比 52 2.8 本章小結(jié) 53 第3章 深部洞室分區(qū)破裂的理論分析 55 3.1 引言 55 3.2 應(yīng)變局部化與分區(qū)破裂現(xiàn)象 55 3.3 應(yīng)變梯度彈性損傷本構(gòu)關(guān)系 57 3.3.1 應(yīng)變梯度和高階應(yīng)力的引入 57 3.3.2 應(yīng)變梯度彈性損傷本構(gòu)關(guān)系推導(dǎo) 60 3.4 基于應(yīng)變梯度的分區(qū)破裂非線性彈性損傷軟化模型 64 3.4.1 巖石材料非線性損傷演化規(guī)律 64 3.4.2 分區(qū)破裂非線性彈性損傷軟化模型 68 3.4.3 深部巷道分區(qū)破裂位移平衡方程推導(dǎo) 71 3.5 深部圓形巷道位移和應(yīng)力求解與模型試驗(yàn)對(duì)比分析 74 3.5.1 圓形巷道位移和應(yīng)力求解方法 74 3.5.2 理論計(jì)算與模型試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析 78 3.6 本章小結(jié) 80 第4章 深部洞室分區(qū)破裂數(shù)值模擬方法 82 4.1 引言 82 4.2 分區(qū)破裂能量損傷破壞準(zhǔn)則 82 4.2.1 巖石破壞與能量耗散 82 4.2.2 基于應(yīng)變梯度的單元破壞準(zhǔn)則 83 4.3 分區(qū)破裂數(shù)值模擬分析方法 86 4.3.1 本構(gòu)方程的矩陣形式 86 4.3.2 高階六面體單元的構(gòu)建 88 4.3.3 分區(qū)破裂單元破壞的判定方法 98 4.4 依托ABAous平臺(tái)的分區(qū)破裂計(jì)算翟序開(kāi)發(fā) 99 4.5 分區(qū)破裂數(shù)值模擬結(jié)果及分析 104 4.5.1 圓形巷道分區(qū)破裂數(shù)值模擬 104 4.5.2 含軟弱夾層洞室分區(qū)破裂數(shù)值模擬 108 4.5.3 非圓形洞室分區(qū)破裂數(shù)值模擬 112 4.5.4 最大主應(yīng)力對(duì)洞室破裂方式的影響 119 4.5.5 洞室形狀對(duì)分區(qū)破裂的影響分析 121 4.6 深部洞室分區(qū)破裂的形成機(jī)理 123 4.7 本章小結(jié) 125 第5章 地下洞室初始地應(yīng)力場(chǎng)的反演方法 126 5.1 引言 126 5.2 初始地應(yīng)力的影響因素 127 5.3 初始地應(yīng)力回歸分析與擬合方法 129 5.4 雙江口水電站地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的反演 131 5.4.1 數(shù)值計(jì)算模型 131 5.4.2 巖體計(jì)算參數(shù) 132 5.4.3 地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果分析 133 5.4.4 地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力的回歸分析 134 5.4.5 地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力函數(shù) 136 5.5 大崗山水電站地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力場(chǎng)的反演 138 5.5.1 工程概況 138 5.5.2 初始地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果 139 5.5.3 地應(yīng)力反演計(jì)算條件 142 5.5.4 實(shí)測(cè)地應(yīng)力的轉(zhuǎn)換 143 5.5.5 地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力回歸分析 144 5.5.6 地下廠房廠區(qū)初始地應(yīng)力函數(shù) 147 5.6 本章小結(jié) 149 第6章 大型地下廠房施工期圍巖力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)反演與開(kāi)挖穩(wěn)定性分析 151 6.1 正交設(shè)計(jì)效應(yīng)優(yōu)化位移反分析法 151 6.1.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 151 6.1.2 反演目標(biāo)函數(shù) 153 6.1.3 效應(yīng)優(yōu)化分析 153 6.1.4 力學(xué)參數(shù)反演流程與計(jì)算步驟 155 6.2 大崗山地下廠房圍巖力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)反演分析 157 6.2.1 數(shù)值計(jì)算模型 157 6.2.2 地下廠房第七層開(kāi)挖圍巖力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)反演與分析 159 6.2.3 地下廠房第八層開(kāi)挖圍巖力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)反演與分析 169 6.2.4 地下廠房第九層開(kāi)挖圍巖力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)反演與分析 180 6.2.5 洞室錨桿與錨索受力分析 189 6.3 本章小結(jié) 196 第7章 超深埋縫洞型油藏溶洞垮塌破壞機(jī)制與儲(chǔ)油裂縫閉合規(guī)律研究 198 7.1 引言 198 7.2 塔河油田超埋深碳酸鹽巖力學(xué)試驗(yàn) 198 7.2.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣與標(biāo)準(zhǔn)試件制備 199 7.2.2 碳酸鹽巖力學(xué)參數(shù)測(cè)試 204 7.2.3 碳酸鹽巖微細(xì)觀破裂機(jī)制 208 7.3 超深埋碳酸鹽巖溶洞垮塌破壞三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn) 210 7.3.1 超高壓智能數(shù)控真三維加載模型試驗(yàn)系統(tǒng)的研制 211 7.3.2 模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 218 7.3.3 模型相似材料研制 219 7.3.4 模型加載方法與測(cè)試儀器布置 224 7.3.5 模型制作寫(xiě)測(cè)試方法 226 7.3.6 模型試驗(yàn)結(jié)果分析 229 7.3.7 模型試驗(yàn)研究結(jié)論 234 7.4 縫洞型油藏溶洞垮塌破壞的數(shù)值模擬 234 7.4.1 數(shù)值分析模型與計(jì)算條件 234 7.4.2 溶洞垮塌破壞判據(jù) 235 7.4.3 溶洞臨界垮塌深度的二分深度折減法 236 7.4.4 不同洞形溶洞的垮塌破壞特征與垮塌影響范圍 237 7.4.5 不同洞形溶洞臨界垮塌深度的預(yù)測(cè)公式 243 7.4.6 不同洞形溶洞臨界垮塌頂板厚度與臨界垮塌洞跨預(yù)測(cè)公式 250 7.4.7 不同洞形溶洞垮塌多因素敏感性分析 253 7.4.8 不同洞形溶洞穩(wěn)定性分析比較 257 7.5 縫洞型裂縫閉合規(guī)律的數(shù)值模擬分析 259 7.5.1 縫內(nèi)降壓速率對(duì)裂縫閉合規(guī)律的影響 259 7.5.2 裂縫傾角對(duì)裂縫閉合規(guī)律的影響分析 268 7.5.3 裂縫長(zhǎng)度對(duì)裂縫閉合規(guī)律的影響分析 277 7.5.4 裂縫寬度對(duì)裂縫閉合規(guī)律的影響分析 284 7.5.5 地層降壓幅度對(duì)裂縫閉合規(guī)律的影響分析 291 7.6 本章小結(jié) 296 參考文獻(xiàn) 299