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第1章 地下工程岩土变形破坏机理与控制研究评述1

1.1 研究背景1

1.2 研究现状2

1.2.1 地下工程建设对应力场和变形场影响研究2

1.2.2 围岩断裂损伤特性研究3

1.2.3 地下工程施工诱发地面塌陷机制研究9

1.2.4 地下工程施工爆破对地表环境影响研究11

1.2.5 地下工程楔形体灾害研究现状13

1.2.6 地下工程围岩变形控制和监测技术研究15

1.3 主要研究内容18

第2章 地下工程建设引起的应力场及变形场变化规律研究——歌乐山轻轨1号线中梁山隧道20

2.1 工程概况20

2.1.1 隧道结构20

2.1.2 地质构造20

2.2 隧址区域概况22

2.3 隧道区域地质环境23

2.3.1 地形及地貌23

2.3.2 地质构造23

2.3.3 地层及岩性24

2.3.4 水文地质27

2.3.5 地震及不良地质28

2.4 地质模型与有限元模型28

2.4.1 歌乐山三维地质模型28

2.4.2 中梁山隧道模型29

2.5 计算条件30

2.5.1 材料参数30

2.5.2 接触关系31

2.5.3 边界条件与荷载31

2.5.4 水平侧压力系数32

2.5.5 屈服准则32

2.6 模拟结果32

2.6.1 计算结果规定32

2.6.2 初始地应力场32

2.6.3 位移场分析35

2.7 不同地质构造不同岩性敏感性分析46

2.7.1 不同地质构造影响46

2.7.2 不同岩性影响52

第3章 地下工程建设引起的应力场及变形场变化规律研究——丰盛场地下工程58

3.1 工程概况58

3.1.1 地形地貌58

3.1.2 地层岩性60

3.1.3 水文地质条件62

3.1.4 煤层分布63

3.2 地质构造及地震63

3.2.1 褶皱63

3.2.2 断层64

3.2.3 地震65

3.3 丰盛场地表灾害概况及分析65

3.3.1 地面塌陷65

3.3.2 水资源漏失65

3.4 丰盛场数值模型建立67

3.4.1 三维几何模型的构建68

3.4.2 地层的添加69

3.4.3 数值模拟工况拟定70

3.5 模拟参数的选取75

3.6 丰盛场数值模拟结果及分析76

3.6.1 不同埋深隧道开挖应力结果分析76

3.6.2 不同埋深隧道开挖位移结果分析86

3.6.3 不同埋深施工的分析98

3.6.4 不同岩性下变形场分析103

第4章 地下工程围岩变形与损伤特性研究109

4.1 不同应力条件下砂岩的变形与破坏特性109

4.1.1 试验设备与试件的制备109

4.1.2 单轴拉伸试验109

4.1.3 单轴压缩试验110

4.1.4 三轴压缩试验112

4.1.5 强度包络线114

4.2 不同地质条件下地下工程围岩变形与损伤特性115

4.2.1 地下工程开挖引起围岩应力重分布115

4.2.2 基于霍克－布朗准则的地下工程开挖引起的围岩参数劣化118

4.2.3 不同地质条件下地下工程围岩变形与损伤特性120

4.2.4 数值计算结果分析122

4.3 地下工程施工爆破围岩损伤分区131

4.3.1 爆破荷载下损伤变量定义131

4.3.2 爆破损伤作用分区131

4.3.3 工程实例分析134

第5章 岩溶塌陷与地裂缝的形成机制研究135

5.1 岩溶塌陷分类及形成条件135

5.1.1 岩溶地面塌陷的形成条件135

5.1.2 岩溶塌陷的分类137

5.1.3 岩溶塌陷的形成机制分类研究及其主要特征140

5.1.4 岩溶塌陷的形态特征与规模142

5.2 地下工程建设诱发岩溶塌陷形成机制142

5.2.1 地下工程建设诱发岩溶塌陷模式142

5.2.2 直接垮塌型岩溶塌陷形成机制142

5.2.3 地下水位位置对岩溶塌陷的影响分析152

5.2.4 地下水位位于溶洞上覆盖层土体之下152

5.2.5 地下水位位于溶洞上覆盖层土体表面154

5.2.6 地下水位位于溶洞上覆盖层土体之中154

5.3 歌乐山余家湾水库岩溶塌陷算例分析155

5.3.1 歌乐山余家湾水库岩溶塌陷概况155

5.3.2 歌乐山余家湾水库岩溶塌陷诱发因素分析160

5.3.3 歌乐山余家湾水库岩溶塌陷机制分析及判据计算160

5.3.4 歌乐山余家湾水库岩溶塌陷形成过程161

5.4 地下水降落诱发地面塌陷模型试验162

5.4.1 试验模型设计162

5.4.2 试验工况与仪器介绍163

5.4.3 试验过程及结果165

5.4.4 试验结果分析168

5.4.5 水位差不同情况下的真空负压力实测值与计算值比较分析171

5.5 地裂缝形成机制172

5.5.1 重庆地区地下工程建设诱发地裂缝形成条件172

5.5.2 地裂缝形态研究173

5.5.3 地裂缝形成的断裂力学机制174

第6章 隧道施工爆破对地表危岩滑坡的影响研究178

6.1 考虑隧道施工爆破荷载的滑坡传递系数修正法178

6.2 滑坡稳定性对隧道施工爆破响应特性180

6.2.1 分析模型180

6.2.2 结果分析181

6.3 多次爆破能量下滑块位移法181

6.3.1 滑坡振动物理模型及滑动机理181

6.3.2 爆破地震波能量衰减分析183

6.3.3 滑坡体振动过程能量分析183

6.3.4 滑坡爆破振动位移与振动破坏判据185

6.3.5 工程实例分析186

6.4 滑塌式危岩清除爆破动力稳定性分析方法188

6.4.1 时程法分析滑塌式危岩动稳定性原理189

6.4.2 危岩体爆破动力的确定190

6.4.3 工程实例分析192

6.5 地下工程爆破对危岩稳定性的影响研究194

6.5.1 危岩主控结构面假定及爆破荷载计算194

6.5.2 危岩动力稳定性计算方法194

6.5.3 工程实例分析197

第7章 地下工程爆破振动对地表建筑物振动位移研究200

7.1 爆破振动下等效加速度计算200

7.2 爆破振动条件下建筑物动力特性201

7.3 工程实例分析202

第8章 地下工程楔形体的形成机制研究207

8.1 地下工程楔形体形成机制207

8.1.1 地质因素207

8.1.2 人为因素208

8.2 地下工程楔形体识别方法209

8.2.1 赤平极射投影法209

8.2.2 滑动方式的判定210

8.2.3 算例分析210

8.3 关键块体力学分析211

8.3.1 力学分析215

8.3.2 块体的运动学分析216

8.4 算例分析218

第9章 基于地下工程施工控制的地质环境保护技术223

9.1 地下工程施工方法介绍223

9.1.1 新奥法223

9.1.2 明挖法224

9.1.3 盾构施工225

9.1.4 掘进机法225

9.2 地表位移控制技术225

9.2.1 地表下沉控制技术225

9.2.2 围岩补强技术225

9.2.3 超前支护技术228

9.3 围岩变形控制技术232

9.3.1 围岩变形控制要点232

9.3.2 整体现浇衬砌235

9.3.3 掌子面超前注浆加固技术243

9.3.4 冻结法加固围岩247

9.4 城市隧道开挖钻爆施工围岩控制爆破技术250

9.4.1 常用的控制爆破技术250

9.4.2 爆破控制技术原理——屏蔽原理251

9.4.3 一种新型城市隧道爆破控制技术252

第10章 地下工程地质环境保护监测技术255

10.1 常见监测技术介绍255

10.2 地下工程地质环境保护监测新技术255

10.2.1 针入式土体分层沉降测量装置255

10.2.2 一种塌陷监测新方法263

参考文献267