圍巖大變形機理及控制技術(shù)研究

前言

長期以來，圍巖大變形是各種形式地下工程（鐵路隧道、公路隧道、礦山巷道、水工隧道、國防和人防工事、市政通道、城市地鐵等）在施工過程中遇到的最重要的地質(zhì)災(zāi)害之一。我國在各類地下工程的施工中積累了大量處理圍巖大變形的經(jīng)驗，并取得了長足的進步。但由于我國地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著地下工程開挖規(guī)模和深部開采的增加，地下工程發(fā)生圍巖大變形的災(zāi)害事例屢見不鮮，因而圍巖大變形一直是困擾地下工程界的一個技術(shù)難題。地下工程與地面工程全然不同，地下工程處在一個特殊變化的地質(zhì)環(huán)境中，由于常常不能正確地闡明地下工程中出現(xiàn)的各種圍巖大變形的力學(xué)現(xiàn)象和過程，使地下工程圍巖大變形長期處在“經(jīng)驗設(shè)計和施工”的局面。該局面與我國迅速發(fā)展的地下工程現(xiàn)實極不相稱，因此，尋求解決地下工程圍巖大變形問題的新理論和新方法已成為地下工程大變形圍巖研究的共同目標。國內(nèi)外深入開展圍巖大變形的研究主要是從20世紀初，在一些大型隧道工程中出現(xiàn)了嚴重軟弱圍巖大變形問題，在這些地下工程中，圍巖大變形經(jīng)常導(dǎo)致工程施工困難，延誤了工期、增加了工程成本，有的甚至造成工程終止。分析上述圍巖大變形產(chǎn)生的原因并結(jié)合具體變形特征，一般可以將圍巖大變形分為如下三種類型：一是深部開采和深部地下工程，由于工程所處的埋深大，導(dǎo)致其巖體自重應(yīng)力場明顯增大；二是由于地下開采活動引起的，導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力場疊加，有的文獻稱之為工程性軟巖或高應(yīng)力軟巖；三是巖體本身強度較低，屬于膨脹性軟巖大變形。一般指含有黏土高膨脹性礦物、在較低應(yīng)力水平條件下即發(fā)生顯著變形的工程巖體。在地下工程中上述三種類型的圍巖大變形其變形機理和支護技術(shù)等方面均存在差異，如果不加區(qū)分對所有大變形巷道均采用一種支護技術(shù)或同一種支護理論指導(dǎo)，實踐證明在工程中是行不通的，有的甚至?xí)岩捎嘘P(guān)大變形支護理論和方法，從而導(dǎo)致許多工程陷入被動局面，嚴重影響工程的正常進行，甚至有的會導(dǎo)致工程被迫終止，由此可見對圍巖大變形分類研究是十分必要的。

內(nèi)容概要

在各類地質(zhì)災(zāi)害中，地下巷道圍巖大變形一直是容易造成施工困難、延誤工期、增加工程成本，甚至造成工程終止的重要地質(zhì)災(zāi)害。目前地下工程圍巖大變形一般可分為三種類型：深部巖體巷道圍巖的大變形、開采引起巷道的大變形和膨脹性軟巖巷道圍巖的大變形。本書主要以地下采礦引起的采場巷道圍巖大變形為研究對象，從礦物的微觀分析、水理分析及巖石的三軸試驗出發(fā)，結(jié)合受采動影響巷道圍巖大變形的變形、力學(xué)特征及巖土工程材料大量模糊和不確定的因素等，建立了工程巖體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型。并通過對采場巷道圍巖破碎區(qū)、松動區(qū)和壓縮區(qū)的劃分，揭示了圍巖大變形與上述三個區(qū)域的內(nèi)在關(guān)系，提出了適合圍巖大變形巷道主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用的支護理論，并將上述支護理論成功地應(yīng)用到實際大變形巷道支護中。    本書理論聯(lián)系實踐，實用性強，可供從事地下工程、巖土工程、采礦工程、地質(zhì)工程、國防、水利等專業(yè)方向的研究人員、工程技術(shù)人員、高校師生等參考。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  引言  1.2  深部巷道圍巖大變形研究  1.3  開采引起巷道圍巖大變形的研究  1.4  膨脹性軟巖巷道圍巖大變形的研究  1.5  工程背景和實際意義  1.6  主要研究思路第2章  破裂巖礦物晶體化學(xué)特性研究  2.1  礦巖成分分析  2.2  破裂巖的微結(jié)構(gòu)和構(gòu)造  2.3  破裂巖的水理性  2.4  本章小結(jié)第3章  裂隙巖峰后滑移剪膨變形機理研究  3.1  引言  3.2  巖石的三軸壓縮試驗  3.3  不同側(cè)壓下巖石變形和破壞特征  3.4  基于三軸壓縮試驗的巖石破壞準則  3.5  基于三軸壓縮試驗的巖石損傷演化方程  3.6  本章小結(jié)第4章  工程巖體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型及其建立  4.1  引言  4.2  顯式本構(gòu)模型與隱式本構(gòu)模型的分析  4.3  人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP算法和程序?qū)崿F(xiàn)  4.4  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型的應(yīng)用  4.5  本章小結(jié)第5章  承壓區(qū)破裂巖采場巷道圍巖變形破壞機理  5.1  無底柱分段崩落采礦法采場支承壓力的形成與動態(tài)顯現(xiàn)  5.2  承壓區(qū)采場巷道圍巖變形破壞機理  5.3  巷道圍巖漸進破壞規(guī)律與主要破壞模式  5.4  影響巷道圍巖穩(wěn)定性的主要因素  5.5  本章小結(jié)第6章  幾種典型的錨桿支護理論評價  6.2  主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用理論的基本假設(shè)  6.3  主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用支護理論的要點  6.4  主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用支護理論的實質(zhì)  6.5  主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用支護理論的基本原則  6.6  本章小結(jié)第7章  主次承載區(qū)支護理論力學(xué)分析與穩(wěn)定性評價  7.1  圓形巷道非靜水應(yīng)力場主承載區(qū)的理論分析  7.2  非圓形巷道非靜水應(yīng)力場主承載區(qū)的理論分析  7.3  點錨式錨桿支護的次承載區(qū)及力學(xué)分析  7.4  全長錨桿支護圍巖次承載區(qū)及力學(xué)分析  7.5  主次承載區(qū)的協(xié)調(diào)作用  7.6  本章小結(jié)第8章  巷道圍巖變形機理和支護技術(shù)的數(shù)值模擬分析  8.1  數(shù)值計算方法的選擇  8.2  數(shù)值計算模型、基本參數(shù)和計算內(nèi)容  8.3  數(shù)值計算中時間因素的分析  8.4  影響巷道圍巖穩(wěn)定性的因素分析  8.5  實際開采條件下的計算分析與驗證  8.6  本章小結(jié)第9章  主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用支護理論關(guān)鍵技術(shù)和工程實施  9.1  巷道圍巖支護設(shè)計基本原則  9.2  小官莊鐵礦采場巷道的圍巖分類  9.3  基于主次承載區(qū)協(xié)調(diào)作用理論的“一次強化支護技術(shù)”  9.4  典型試驗段巷道支護設(shè)計、施工與綜合評價  9.5  本章小結(jié)第10章  露井聯(lián)采邊坡下巷道變形破壞機理分析  10.1  巷道圍巖的工程地質(zhì)特性分析  10.2  工作面回采對巷道影響分析  10.3  巷道圍巖地質(zhì)條件對巷道穩(wěn)定性的影響  10.4  邊坡下巷道變形破壞機理分析  10.5  本章小結(jié)第11章  露井聯(lián)采復(fù)合采動影響下巷道圍巖控制技術(shù)研究  11.1  巷道支護設(shè)計參數(shù)及試驗條件  11.2  受B401和B903復(fù)合采動影響邊坡下巷道支護對策研究  11.3  受B402和B904復(fù)合采動影響巷道變形控制技術(shù)研究  11.4  復(fù)合采動影響下巷道支護對策  11.5  本章小結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：研究認為，該類軟巖巷道圍巖的變形破壞機制與其原巖的高地應(yīng)力狀態(tài)（原巖應(yīng)力）及工程巖體的低圍壓開采引起的壓狀態(tài)（圍巖壓力）和高應(yīng)力差相聯(lián)系引。當(dāng)原巖應(yīng)力較高時，一旦開挖，隨即發(fā)生內(nèi)應(yīng)力釋放和回彈，并引起相應(yīng)的應(yīng)力調(diào)整和變形。巷道開挖卸荷相當(dāng)于在原巖應(yīng)力狀態(tài)上疊加相應(yīng)反向拉應(yīng)力，于是工程巖體（尤其是層狀和似層狀巖體）在類似橫彎或縱彎作用下發(fā)生撓曲，或者沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪脹滑移變形，巖體強度降低，圍巖發(fā)生體積膨脹變形（擴容）引。應(yīng)力釋放引起的回彈和應(yīng)力調(diào)整引起的擴容使巖體中原本閉合的結(jié)構(gòu)面張開滑移，在改變巖體應(yīng)力狀態(tài)和強度的同時，也改變了圍巖水文地質(zhì)條件，特別是當(dāng)工程用水沿張開裂隙滲流，將進一步降低圍巖的巖體強度，或者加劇了具有膨脹性巖石的物理化學(xué)膨脹和力學(xué)膨脹，從而使圍巖產(chǎn)生較大的收斂位移，表現(xiàn)為側(cè)墻鼓出、底鼓和頂壓等。變形的進一步發(fā)展導(dǎo)致巷道破壞失穩(wěn)，如側(cè)墻內(nèi)移（側(cè)向張裂、片幫）、尖頂（拱頂剪裂）底鼓和冒頂?shù)取Ｆ茐淖顕乐氐牟课欢嘣诠绊敽凸皦唤缣?，在這些部位常見巷道襯砌剪裂或張裂，鋼筋因過大位移而扭彎屈曲甚至鋼拱架也被扭彎或剪斷的現(xiàn)象。

編輯推薦

《圍巖大變形機理及控制技術(shù)研究》是由科學(xué)出版社出版的。

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