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第一章 绪论 1

1.1 国内外研究现状综述 2

1.1.1 深部巷道围岩分区破裂研究现状 2

1.1.2 深部岩体支护研究现状 13

1.1.3 扩展有限元法（XFEM）研究现状 13

1.2 主要研究内容 15

第二章 预留洞室轴向压缩破坏模型试验 17

2.1 试验模型的制作 18

2.2 模型加载 19

2.3 试验结果及讨论 20

第三章 深部巷道围岩分区破裂三维地质力学模型试验研究 23

3.1 观测手段和观测仪器 25

3.1.1 巷道围岩变形的多点位移计观测 26

3.1.2 巷道围岩破坏情况的钻孔电视观测 27

3.2 观测结果及讨论 30

3.2.1 巷道围岩变形观测结果 30

3.2.2 巷道围岩破坏观测结果 33

3.3 巷道模型相似材料的配比 38

3.3.1 原型力学参数 38

3.3.2 测试试件的制作 39

3.3.3 相似材料物理力学参数的测试 40

3.3.4 各成分配比对相似材料力学性质的影响 42

3.4 高压加载结构模型试验系统 44

3.4.1 模型试验系统的构成 48

3.4.2 模型试验系统的创新及技术优势 49

3.4.3 高精度模型测量系统的应用 51

3.5 深部巷道模型的加工制作 57

3.5.1 模型模拟范围 57

3.5.2 模型相似材料的配比 58

3.5.3 模型制作的工艺流程 58

3.5.4 测量元件的布置和埋设 61

3.5.5 巷道模型的开挖与测试 66

3.6 模型试验结果及分析 68

3.6.1 洞周围岩位移分布规律 68

3.6.2 洞周围岩应变变化规律 70

3.6.3 模型试验再现的分区破裂现象及其特征 72

3.6.4 模型试验与现场观测结果的对比 75

3.7 分区破裂地质力学模型试验结论 78

第四章 分区破裂机理的理论分析研究 79

4.1 分区破裂形成机制的围岩应力场分析 79

4.2 分区破裂形成机制的围岩应变场分析 81

4.3 分区破裂形成机制的能量分析 84

4.4 深部巷道模型试验分区破裂现象的理论解释 87

第五章 分区破裂现象的数值模拟 91

5.1 基于扩展有限元的数值模拟方法 92

5.1.1 不连续位移场的描述 92

5.1.2 含裂纹单元的平衡方程 94

5.2 基于扩展有限元的分区破裂数值模拟 96

5.2.1 围岩裂纹受压条件下的扩展轨迹 96

5.2.2 XFEM用于含裂隙试件数值试验验证 99

5.2.3 分区破裂的数值模拟方法 102

5.2.4 深部巷道开挖围岩分区破裂模型试验的数值模拟 104

5.3 数值模拟结果与试验结果的对比 108

参考文献 109

致谢 119