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

目錄

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序

《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話

前言

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 3

1.3 本書主要研究內(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 模型量測方法 25

2.4.4 模型加載與開挖方法 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)場觀測結(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)力場的反演 138

5.5.1 工程概況 138

5.5.2 初始地應(yīng)力實(shí)測結(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 模型加載方法與測試儀器布置 224

7.3.5 模型制作寫測試方法 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 2100433B

本書系統(tǒng)研究深部洞室分區(qū)破裂的產(chǎn)生條件與影響因素，建立了基于應(yīng)變梯度的分區(qū)破裂力學(xué)模型和能量損傷破壞準(zhǔn)則，發(fā)展了分區(qū)破裂數(shù)值分析方法，闡明分區(qū)破裂的力學(xué)成因與破壞機(jī)制。提出地下洞室初始地應(yīng)力場反演方法，建立大型地下廠房洞室群施工期圍巖力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)反演與分析方法。通過三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)探索了超深埋碳酸鹽巖油藏溶洞的成型垮塌破壞機(jī)制，分析不同形態(tài)、不同尺寸溶洞的垮塌破壞過程與垮塌影響范圍，揭示縫洞型裂縫閉合規(guī)律，形成深部巖體洞室破壞機(jī)理與圍巖穩(wěn)定分析理論與方法體系。本書注重理論、方法與工程實(shí)踐的緊密結(jié)合，提出的試驗(yàn)方法、建立的理論模型和編制的計(jì)算程序皆成功應(yīng)用于實(shí)際工程，并有效指導(dǎo)工程實(shí)踐。

本書共分兩大部分，其中第一部分為理論方法篇，詳細(xì)闡述了地下洞室群施工系統(tǒng)仿真研究的現(xiàn)狀及進(jìn)展、面向?qū)ο蟮膱D形輔助仿真建模方法、基于GIS的地下洞室群施工動(dòng)態(tài)可視化仿真理論與方法、地下洞室群施工交通運(yùn)輸系統(tǒng)仿真與優(yōu)化方法、地下洞室群通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析方法、施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化配置方法、一定精度條件下的施工系統(tǒng)仿真運(yùn)行次數(shù)確定以及完工概率分析方法、基于遺傳算法的施工系統(tǒng)仿真資源均衡優(yōu)化方法、集成GIS技術(shù)的地下洞室群施工系統(tǒng)可視化仿真軟件的研制與開發(fā)；第二部分為工程應(yīng)用篇，分別介紹了上述理論方法在五個(gè)具體水電工程中的實(shí)際應(yīng)用。

本書可作為高等院校水利水電建筑工程、土木工程、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)用書，亦可作為廣大工程設(shè)計(jì)和科研人員的參考書。

理論方法篇

第一章 概論

1.1 概述

1.2 地下洞室群施工系統(tǒng)仿真研究現(xiàn)狀

1.3 系統(tǒng)信真技術(shù)及其新進(jìn)展

1.4 本書的主要內(nèi)容

第二章 面向的圖形輔助仿真建模方法

2.1 面向?qū)ο蠹夹g(shù)簡介

2.2 面向?qū)ο髨D形輔助信真建模思路及原則

2.3 施工系統(tǒng)信真模型的組成

2.4 面向?qū)ο蠹夹g(shù)在信真建模中的應(yīng)用

2.5 圖形輔助仿真建模中的數(shù)據(jù)庫技術(shù)

第三章 基于GIS的地下洞室群施工動(dòng)態(tài)可視化仿真理論與方法

3.1 地下洞室群施工全過程動(dòng)態(tài)仿真原理

3.2 基于GIS的可視化仿真技術(shù)

3.3 地下洞室群施工系統(tǒng)三維動(dòng)態(tài)數(shù)字建模

3.4 基于GIS的地下洞室群施工過程三維可視化實(shí)現(xiàn)

第四章 地下洞室群施工交通運(yùn)輸系統(tǒng)仿真分析

4.1 地下洞室群施工運(yùn)輸系統(tǒng)的描述

4.2 交通運(yùn)輸系統(tǒng)仿真模型的建立

4.3 地下洞室群施工交通運(yùn)輸仿真分析

第五章 地下洞室群施工通風(fēng)動(dòng)態(tài)仿真分析

5.1 地下洞室施工通風(fēng)問題研究概述

5.2 地下洞室施工通風(fēng)仿真計(jì)算原理

5.3 地下洞室群施工過程通風(fēng)動(dòng)態(tài)仿真分析

第六章 地下洞室群施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化配置方法研究

6.1 基于靈敏度分析的施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化配置方法

6.2 基于多目標(biāo)優(yōu)化的施工機(jī)械設(shè)備優(yōu)化配置方法

6.3 兩種方法的一致性分析

第七章 仿真運(yùn)行次數(shù)的確定及完工概率分析

7.1 仿真運(yùn)行次數(shù)的確定方法

7.2 完工概率分析

第八章 基于遺傳算法的施工資源均衡優(yōu)化方法

第九章 地下洞室群施工系統(tǒng)仿真軟件的研制與開發(fā)

工程應(yīng)用篇

第十章 工程實(shí)例（一）

第十一章 工程實(shí)例（二）

第十二章 工程實(shí)例（三）

第十三章 工程實(shí)例（四）

第十四章 工程實(shí)例（五） 2100433B

《深部開采基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐》系統(tǒng)總結(jié)了"創(chuàng)新群體"近幾年來在深部資源開采基礎(chǔ)理論與應(yīng)用、深部地質(zhì)構(gòu)造探測、軟巖工程巖體力學(xué)理論與支護(hù)技術(shù)等方面的成果，收入了專題評(píng)述、研究論文等。主要總結(jié)了深部資源開采的有關(guān)問題，尤其是結(jié)合我國煤礦深部開采問題開展了大量現(xiàn)場研究工作，對(duì)深部采礦中高溫、高壓、高滲透壓作用下巖石的基本力學(xué)性能、破壞特征和破壞機(jī)理、深部巖層移動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并涉及了一些深部開采工程實(shí)例。