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第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 深部岩体开挖效应研究现状 4

1.3 岩体开挖卸荷的动力特性 7

1.4 本书的主要内容 9

参考文献 10

第2章 深部岩体开挖瞬态卸荷力学过程和计算模型 19

2.1 岩体开挖的准静态和瞬态卸荷过程 19

2.1.1 钻孔爆破开挖法与隧道掘进机开挖法 19

2.1.2 准静态卸荷与瞬态卸荷的判定 23

2.1.3 岩体开挖瞬态卸荷力学过程 25

2.2 岩体开挖瞬态卸荷力学过程的数学描述 27

2.2.1 炮孔布置与毫秒延迟起爆顺序 27

2.2.2 围岩二次应力场与分步开挖荷载 29

2.2.3 爆炸荷载及其作用历程 32

2.2.4 岩体开挖瞬态卸荷起始时刻与持续时间估算 40

2.2.5 岩体开挖瞬态卸荷方式 42

2.3 爆炸荷载与开挖瞬态卸荷的耦合作用计算模型 44

2.3.1 爆炸荷载的施加 44

2.3.2 开挖瞬态卸荷过程的模拟 48

2.3.3 耦合作用计算模型及其实现 50

2.4 小结 51

参考文献 51

第3章 钻爆开挖过程围岩应力和应变能的瞬态调整机制 54

3.1 开挖瞬态卸荷引起的围岩瞬态应力场 54

3.1.1 围岩瞬态应力场计算的解析方法 54

3.1.2 瞬态卸荷引起的围岩二次应力动态调整过程 60

3.1.3 全断面毫秒爆破下的隧洞围岩二次应力演化与分布规律 65

3.2 爆炸荷载和瞬态卸荷耦合作用下的围岩总动应力场 69

3.2.1 爆炸荷载作用引起的围岩动应力场 69

3.2.2 爆炸荷载和瞬态卸荷耦合作用引起的围岩总动应力场 74

3.3 围岩应变能的集聚过程与空间分布规律 79

3.3.1 围岩应变能的计算 80

3.3.2 开挖过程围岩中的能量平衡 82

3.3.3 开挖过程围岩中的能量传输 85

3.3.4 围岩应变能的积聚特征 88

3.4 开挖过程围岩应变能的释放 89

3.4.1 能量释放指标 89

3.4.2 围岩能量释放规律 90

3.4.3 围岩能量释放的影响因素 100

3.5 小结 104

参考文献 105

第4章 深部岩体开挖瞬态卸荷激发的围岩振动 108

4.1 开挖瞬态卸荷激发围岩振动的机制及影响因素 108

4.1.1 静水应力场中岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动的解析解 108

4.1.2 岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动的影响因素 109

4.1.3 非静水应力场中岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动 114

4.2 瞬态卸荷激发振动与爆破振动的比较 116

4.2.1 爆破振动及影响因素 116

4.2.2 质点峰值振动速度比较 122

4.2.3 振动频率比较 125

4.2.4 实测深埋隧洞开挖过程振动信号的频谱特性 125

4.3 实测瞬态卸荷激发振动的识别与分离 133

4.3.1 深埋隧洞钻爆开挖过程的实测围岩振动 134

4.3.2 开挖瞬态卸荷激发振动的识别 138

4.3.3 开挖瞬态卸荷激发振动的分离 142

4.4 开挖瞬态卸荷激发振动的传播规律 146

4.4.1 基于量纲分析推导的激发振动预测公式 147

4.4.2 实测开挖卸荷激发围岩振动衰减规律 150

4.5 小结 156

参考文献 157

第5章 深部岩体爆破开挖引起的围岩开裂机制和岩爆效应 159

5.1 深埋隧洞爆破开挖过程的裂纹扩展模型 160

5.2 爆炸应力波驱动的岩体开裂机制 161

5.2.1 翼型裂纹扩展的临界条件 162

5.2.2 岩体开裂特征 162

5.3 准静态卸荷引起的围岩开裂机制 165

5.3.1 翼型裂纹产生的临界条件 165

5.3.2 围岩开裂范围与翼型裂纹扩展方向 167

5.4 瞬态卸荷诱导的围岩开裂机制及影响因素 168

5.4.1 围岩开裂范围 168

5.4.2 围岩开裂的影响因素 169

5.5 开挖卸荷诱导的岩爆效应 172

5.5.1 围岩开裂过程中的能量变化 172

5.5.2 不同卸荷方式下应变型岩爆的特征 177

5.5.3 岩爆碎块弹射速率 179

5.5.4 锦屏二级水电站深埋隧洞开挖过程中的岩爆 180

5.6 小结 186

参考文献 186

第6章 深部岩体爆破开挖过程中的围岩损伤演化机制 189

6.1 深部岩体钻爆开挖导致围岩损伤机理 189

6.1.1 岩体开挖瞬态卸荷诱发围岩损伤机理 189

6.1.2 爆炸荷载作用下的围岩损伤机理 190

6.2 深部岩体钻爆开挖围岩损伤模型 191

6.2.1 损伤破坏准则 191

6.2.2 损伤演化方程 192

6.2.3 损伤变量阈值 193

6.3 深部岩体钻爆开挖围岩损伤演化过程 194

6.3.1 瞬态卸荷作用下的围岩损伤演化过程 195

6.3.2 爆炸荷载与瞬态卸荷耦合作用下的围岩损伤演化过程 198

6.3.3 工程实例分析 203

6.4 锦屏二级水电站深埋隧洞爆破开挖围岩损伤区检测及特性研究 208

6.4.1 工程概况 208

6.4.2 损伤区检测方法 209

6.4.3 损伤区检测结果 210

6.4.4 深埋隧洞爆破开挖围岩损伤特性 214

6.5 小结 217

参考文献 218

第7章 开挖瞬态卸荷引起的围岩松动与变形机制 220

7.1 节理岩体开挖瞬态卸荷松动机理 220

7.1.1 开挖瞬态卸荷松动的能量模型 220

7.1.2 开挖瞬态卸荷松动的应力波模型 222

7.1.3 开挖瞬态卸荷松动的影响因素 228

7.1.4 平行节理组切割岩体的卸荷松动模型 229

7.2 开挖瞬态卸荷引起节理岩体松动模拟试验 234

7.2.1 松动模拟试验系统设计 234

7.2.2 模型材料的选择与相似分析 235

7.2.3 松动模拟试验过程 237

7.2.4 试验结果分析 241

7.3 节理岩体爆破松动机理 244

7.3.1 爆破松动的应力波模型 244

7.3.2 爆破松动的动力有限元分析 247

7.4 含结构面地下厂房高边墙开挖卸荷松动变形实例分析 250

7.4.1 瀑布沟水电站工程概况 251

7.4.2 开挖过程地下厂房实测变形 252

7.4.3 高边墙开挖卸荷松动变形数值分析 254

7.4.4 计算结果与实测数据的对比 259

7.5 小结 261

参考文献 262

第8章 深部岩体开挖瞬态卸荷动力效应控制技术 264

8.1 深埋洞室开挖程序优化 264

8.1.1 典型水电站地下厂房洞群开挖程序 265

8.1.2 大型地下厂房开挖程序比较与分析 270

8.1.3 深埋地下厂房开挖轮廓爆破方式比选 273

8.2 深部岩体开挖瞬态卸荷激发振动控制 279

8.2.1 爆破振动和开挖瞬态卸荷激发振动的预测 279

8.2.2 深埋隧洞开挖瞬态卸荷激发振动控制 280

8.2.3 深埋地下厂房开挖瞬态卸荷激发振动控制 292

8.3 深埋地下洞室开挖瞬态卸荷引起的围岩损伤控制 297

8.3.1 深埋隧洞开挖过程的围岩应力动态演化规律 297

8.3.2 全断面钻爆开挖过程的围岩损伤演化规律 302

8.3.3 基于地应力瞬态卸荷围岩损伤控制的爆破设计优化 303

8.4 基于开挖瞬态卸荷控制的施工期岩爆主动防治 305

8.4.1 基于应力解除的岩爆主动防治 305

8.4.2 基于爆破扰动控制的岩爆主动防治 309

8.5 小结 313

参考文献 314

索引 317