本书针对我国西部深埋隧道地形起伏大、地质环境条件复杂、地应力高等特点，结合多个重大工程实践，全面阐述高地应力条件下山岭隧道信息化施工、围岩及支护稳定性评价，以及岩爆、大变形灾害防治的理论与方法。主要内容包括高地应力隧道信息化施工基本理论和方法、隧道地应力场与高地应力评价、隧道施工阶段围岩分级、隧道综合超前地质预报、围岩位移量测及参数反演分析、隧道围岩稳定性分析与评价、隧道支护结构力学行为及安全性,以及岩爆和大变形的发育特征、类型和分级、形成机制与模式、预测预报、处治技术。全书共16章。
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序
前言
第1章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.2隧道信息化施工研究现状4
1.3围岩与支护结构稳定性研究现状6
1.4围岩岩爆防治研究现状11
1.4.1岩爆烈度分级11
1.4.2岩爆形成机理12
1.4.3岩爆预测与预报13
1.4.4岩爆防治16
1.5围岩大变形防治研究现状17
1.5.1大变形机制17
1.5.2大变形预测18
1.5.3大变形支护21
1.6本书研究内容与主要成果22
参考文献25
第一篇隧道信息化施工与围岩及支护结构稳定性
第2章信息化施工基本理论与方法概论37
2.1新奥法基本原理与内容37
2.1.1新奥法基本原理37
2.1.2新奥法主要内容38
2.2信息化施工概念模型38
2.3施工地质跟踪调查与测试方法39
2.3.1施工地质跟踪编录与测试40
2.3.2反馈应用40
2.4地应力测试与分析方法41
2.4.1水压致裂测试法41
2.4.2应力解除测试法42
2.4.3Kaiser效应测试法42
2.4.4地应力场的反演分析方法43
2.4.5高地应力的判别方法43
2.5围岩动态分级方法45
2.5.1现状与问题45
2.5.2施工阶段围岩分级法47
2.6超前地质预报技术与方法47
2.6.1地质调查与分析法48
2.6.2地球物理探测法49
2.6.3直接探测法52
2.6.4综合分析法53
2.7监控量测方法54
2.7.1监控量测的目的和任务54
2.7.2监控量测项目及测点埋设54
2.7.3监测数据整理56
2.7.4监测数据分析与反馈应用58
参考文献61
第3章隧道地应力场与高地应力研究63
3.1地应力测试及分析63
3.1.1水压致裂法测试及分析63
3.1.2钻孔应力解除法测试及分析72
3.1.3声发射Kaiser效应测试及分析80
3.1.4α杯测试及分析84
3.2隧道区域构造应力场反演分析84
3.2.1计算模型85
3.2.2模拟结果及验证87
3.2.3区域地应力特征89
3.3隧道地应力场形成演化数值模拟分析90
3.3.1计算模型90
3.3.2模拟结果及验证91
3.3.3地应力场形成演化过程及变化规律92
3.4围岩高地应力分析与判别93
3.4.1工程地质定性分析93
3.4.2现场地应力测试定量判别94
3.4.3应力场有限元模拟定量判别94
3.5围岩二次应力测试方法与二次应力场特征研究95
3.5.1围岩二次应力测试的W(改进)型门塞式应力恢复法95
3.5.2围岩二次应力沿洞轴线方向分布特征100
3.5.3围岩二次应力场的断面分布特征101
3.5.4围岩二次应力与主要影响因素的相关性104
参考文献106
第4章施工阶段隧道围岩分级方法及应用研究107
4.1概述107
4.2施工阶段围岩定性分级108
4.2.1围岩定性分级指标选取108
4.2.2围岩定性分级指标的快速获取方法108
4.2.3泥巴山隧道施工阶段围岩定性分级方法112
4.3施工阶段围岩定量分级114
4.3.1围岩定量分级指标选取114
4.3.2围岩定量分级指标的快速获取方法115
4.3.3围岩定量分级的BQ法131
4.4高地应力隧道围岩分级BQhg法及应用135
4.4.1高地应力隧道围岩分级的BQhg法135
4.4.2高地应力隧道围岩分级BQhg法应用137
4.5施工阶段围岩智能分级方法及应用143
4.5.1人工神经网络法143
4.5.2模糊逻辑推理法149
4.5.3支持向量机法154
4.6围岩分级智能判别软件系统开发与应用157
4.6.1系统设计157
4.6.2软件开发158
4.6.3软件应用160
参考文献161
第5章隧道综合超前地质预报方法研究162
5.1概述162
5.2超前物探不良地质响应特征研究162
5.2.1TSP对不良地质响应特征162
5.2.2地质雷达对不良地质响应特征169
5.2.3瞬变电磁法对不良地质响应特征188
5.2.4BEAM法不良地质响应特征203
5.3隧道不良地质综合超前地质预报方法及应用211
5.3.1地质分析为主的综合预报体系211
5.3.2不良地质综合预报模型214
5.3.3综合预报方法在铜锣山隧道中的应用222
5.4隧道超前地质预报软件开发及应用228
5.4.1软件设计及功能228
5.4.2软件开发230
5.4.3应用案例232
参考文献235
第6章围岩位移量测及参数反演分析236
6.1围岩位移量测方法236
6.1.1壁面位移量测236
6.1.2多点位移计量测236
6.2围岩收敛、拱顶下沉分析与稳定性判别237
6.2.1鹧鸪山隧道量测分析237
6.2.2二郎山隧道量测分析244
6.3围岩内部位移分析与松动圈确定254
6.3.1鹧鸪山隧道量测分析254
6.3.2二郎山隧道量测分析258
6.4围岩岩体力学参数反演分析260
6.4.1位移反分析理论简介260
6.4.2典型工程反演分析262
参考文献271
第7章隧道围岩稳定性分析与评价272
7.1围岩变形破坏特征272
7.2围岩稳定性的块体理论分析276
7.2.1块体稳定分析理论简介276
7.2.2块体稳定性分析及评价277
7.3围岩稳定性的数值模拟分析279
7.3.1围岩稳定性的三维有限元分析279
7.3.2围岩稳定性的动态跟踪分析284
7.3.3岩体质量对围岩稳定性的影响分析288
7.4围岩稳定性的监测信息反馈评价292
7.4.1位移监测信息反馈评价292
7.4.2支护结构监测信息反馈评价293
7.5围岩稳定性综合评价及反馈应用296
参考文献298
第8章隧道支护结构力学行为及安全性研究299
8.1隧道支护结构受力特征现场监测299
8.1.1Ⅴ级围岩段典型断面监测（LK22+100）299
8.1.2Ⅳ级围岩段典型断面监测（LK23+605）305
8.2隧道支护结构力学行为数值模拟309
8.2.1地质与计算模型概述309
8.2.2进口浅埋段施工过程数值模拟310
8.2.3Ⅴ级围岩段施工过程数值模拟316
8.2.4Ⅳ级围岩段施工过程数值模拟321
8.2.5出口偏压段施工过程数值模拟326
8.2.6小结333
8.3隧道支护结构受力计算334
8.3.1荷载结构法计算模型334
8.3.2进口浅埋段支护结构计算337
8.3.3Ⅴ级围岩段支护结构计算339
8.3.4Ⅳ级围岩段支护结构计算341
8.3.5出口偏压段支护结构计算343
8.4隧道支护结构力学行为综合研究346
8.4.1龙溪隧道支护结构变形破坏特征分析346
8.4.2龙溪隧道支护结构力学行为综合分析349
8.4.3龙溪隧道初期支护结构安全性评价354
8.4.4龙溪隧道初期支护参数优化356
参考文献357
第二篇隧道岩爆灾害及其防治
第9章岩爆发育特征与烈度分级研究361
9.1二郎山隧道岩爆发育特征实录361
9.2锦屏二级水电站隧洞岩爆实录364
9.3其他典型工程岩爆实录378
9.4岩爆发育特征及规律380
9.4.1岩爆发育特征380
9.4.2岩爆基本规律382
9.5岩爆烈度分级问题388
9.5.1岩爆烈度分级389
9.5.2岩爆分级烈度方案对比391
参考文献392
第10章岩爆形成机制及其地质力学模式研究393
10.1岩爆形成条件及影响因素分析393
10.2岩爆形成机制的岩石力学试验研究394
10.2.1单轴压缩下岩石破坏后区破坏型式的试验研究394
10.2.2岩爆倾向性指数测试研究398
10.2.3岩石变形破裂机制的卸荷三轴试验研究402
10.3岩爆岩石断口形貌及显微结构研究408
10.3.1岩爆岩石断口电镜扫描分析408
10.3.2岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析415
10.3.3岩爆岩石显微结构分析417
10.3.4岩爆机制的微观分析419
10.4岩爆现象的物理模拟419
10.4.1岩爆岩石物理模拟420
10.4.2相似材料物理模拟423
10.5岩爆机制的力学分析430
10.5.1卸荷作用430
10.5.2岩爆发生过程431
10.5.3岩爆力学机制分析432
10.6岩爆机制的地质力学模式435
参考文献438
第11章岩爆预测研究440
11.1地质综合分析与预测440
11.2应力强度比分析与岩爆预测443
11.2.1最大切向应力分析计算443
11.2.2应力强度比预测448
11.3强度应力比预测450
11.4层次分析模糊数学综合评判预测451
11.4.1AHPFUZZY综合岩爆预测模型452
11.4.2工程应用457
11.5神经网络综合分析与预测460
11.5.1BP神经网络岩爆预测模型460
11.5.2工程应用462
11.6基于统计损伤力学的概率预测462
11.6.1基于统计损伤力学的岩爆概率预测模型462
11.6.2分析验证464
11.7岩爆的洞室效应及预测465
11.7.1岩爆尺寸效应典型现象465
11.7.2岩爆尺寸效应分析预测467
11.7.3岩爆洞室形态和尺寸效应探讨470
11.8岩爆综合集成预测473
11.8.1综合集成预测概念模型473
11.8.2岩爆综合集成预测474
11.8.3预测结果验证475
参考文献477
第12章岩爆防治措施研究478
12.1岩爆防治原则与常用措施478
12.1.1岩爆防治原则478
12.1.2改善围岩受力状态及物理力学性质479
12.1.3释放和解除应力479
12.1.4调整施工作业480
12.1.5加固围岩措施480
12.2改变爆破方式在岩爆防治中的作用482
12.2.1炮眼布置482
12.2.2周边眼控制爆破483
12.3岩爆防治措施作用机理模拟484
12.3.1不同喷层厚度加固方案模拟分析484
12.3.2不同锚杆间距加固方案模拟分析488
12.3.3不同锚杆长度加固方案模拟分析490
12.3.4锚杆和喷层同时加固方案模拟分析493
12.4岩爆防治方案494
参考文献498
第三篇隧道大变形灾害及其防治
第13章隧道围岩大变形实例分析501
13.1概述501
13.2软岩类围岩大变形典型实例分析504
13.2.1鹧鸪山隧道围岩大变形505
13.2.2龙溪隧道围岩大变形510
13.2.3国内外软岩类大变形实例对比分析518
13.2.4小结520
13.3结构型围岩大变形典型实例521
13.3.1构造改造型围岩大变形521
13.3.2浅表生改造型围岩大变形525
13.4人工采掘扰动型围岩大变形典型实例527
13.4.1铁山隧道围岩大变形527
13.4.2麻子山隧道实例对比分析529
13.4.3小结531
参考文献531
第14章隧道围岩大变形机制与类型研究532
14.1围岩大变形的定义532
14.2围岩大变形的类型研究533
14.2.1围岩岩性控制型（Ⅰ类）533
14.2.2岩体结构控制型（Ⅱ类）535
14.2.3人工采掘扰动控制型（Ⅲ类）535
14.3围岩大变形的力学机制536
14.4典型隧道围岩大变形机制剖析539
14.4.1围岩大变形与地应力的相关性分析539
14.4.2围岩大变形与软岩膨胀性的相关性分析540
14.4.3围岩大变形与岩体结构的相关性分析542
14.4.4围岩大变形与地下水软化的相关性分析543
14.4.5隧道围岩大变形机制确定543
14.5围岩大变形的分级研究544
14.5.1隧道围岩大变形一般分级544
14.5.2典型隧道围岩大变形分级546
参考文献546
第15章围岩大变形预测预报研究548
15.1大变形预测的基本问题548
15.2地质综合分析与预测549
15.3修正应力强度比预测553
15.3.1修正应力强度比法553
15.3.2工程应用555
15.4模糊层次综合评判预测557
15.4.1大变形模糊层次综合预测模型557
15.4.2工程应用560
15.5监控量测趋势分析与预测563
15.5.1监控量测趋势分析法563
15.5.2应用案例564
15.6大变形综合分析预测566
15.6.1大变形综合预测实施方案566
15.6.2未开挖段大变形超前预测568
15.6.3已开挖段围岩大变形预测570
参考文献572
第16章隧道围岩大变形支护研究573
16.1围岩大变形的支护原则和方法573
16.1.1“围岩支护”共同作用的力学原理573
16.1.2围岩大变形支护原则576
16.1.3围岩大变形设计思路578
16.1.4围岩大变形支护方法578
16.2围岩大变形与支护结构相互作用的数值模拟研究580
16.2.1计算模型580
16.2.2无支护计算结果581
16.2.3锚杆支护计算结果582
16.2.4喷混凝土支护计算结果584
16.2.5钢拱架及钢筋混凝土仰拱支护计算结果585
16.2.6联合支护计算结果585
16.2.7超前管棚支护计算结果587
16.2.8基于相互作用分析的典型隧道大变形整治方案589
16.3隧道围岩大变形支护优化设计593
16.3.1应力场对围岩变形和稳定性的影响593
16.3.2支护结构参数对围岩变形和稳定性的影响596
16.3.3基于相互作用分析的隧道大变形支护优化设计601
16.4典型大变形的信息化设计与施工过程611
16.4.1预设计概况611
16.4.2施工中变更设计概况611
16.4.3监控量测及大变形机制分析612
16.4.4临时支护措施及效果613
16.4.5理论计算及整治措施614
16.5隧道大变形防治方案建议615
参考文献616
京公网安备 11010102004214号