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第1章 绪论1

1.1 研究背景与意义1

1.2 深部岩体开挖效应研究现状4

1.3 岩体开挖卸荷的动力特性7

1.4 本书的主要内容9

参考文献10

第2章 深部岩体开挖瞬态卸荷力学过程和计算模型19

2.1 岩体开挖的准静态和瞬态卸荷过程19

2.1.1 钻孔爆破开挖法与隧道掘进机开挖法19

2.1.2 准静态卸荷与瞬态卸荷的判定23

2.1.3 岩体开挖瞬态卸荷力学过程25

2.2 岩体开挖瞬态卸荷力学过程的数学描述27

2.2.1 炮孔布置与毫秒延迟起爆顺序27

2.2.2 围岩二次应力场与分步开挖荷载29

2.2.3 爆炸荷载及其作用历程32

2.2.4 岩体开挖瞬态卸荷起始时刻与持续时间估算40

2.2.5 岩体开挖瞬态卸荷方式42

2.3 爆炸荷载与开挖瞬态卸荷的耦合作用计算模型44

2.3.1 爆炸荷载的施加44

2.3.2 开挖瞬态卸荷过程的模拟48

2.3.3 耦合作用计算模型及其实现50

2.4 小结51

参考文献51

第3章 钻爆开挖过程围岩应力和应变能的瞬态调整机制54

3.1 开挖瞬态卸荷引起的围岩瞬态应力场54

3.1.1 围岩瞬态应力场计算的解析方法54

3.1.2 瞬态卸荷引起的围岩二次应力动态调整过程60

3.1.3 全断面毫秒爆破下的隧洞围岩二次应力演化与分布规律65

3.2 爆炸荷载和瞬态卸荷耦合作用下的围岩总动应力场69

3.2.1 爆炸荷载作用引起的围岩动应力场69

3.2.2 爆炸荷载和瞬态卸荷耦合作用引起的围岩总动应力场74

3.3 围岩应变能的集聚过程与空间分布规律79

3.3.1 围岩应变能的计算80

3.3.2 开挖过程围岩中的能量平衡82

3.3.3 开挖过程围岩中的能量传输85

3.3.4 围岩应变能的积聚特征88

3.4 开挖过程围岩应变能的释放89

3.4.1 能量释放指标89

3.4.2 围岩能量释放规律90

3.4.3 围岩能量释放的影响因素100

3.5 小结104

参考文献105

第4章 深部岩体开挖瞬态卸荷激发的围岩振动108

4.1 开挖瞬态卸荷激发围岩振动的机制及影响因素108

4.1.1 静水应力场中岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动的解析解108

4.1.2 岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动的影响因素109

4.1.3 非静水应力场中岩体开挖瞬态卸荷激发围岩振动114

4.2 瞬态卸荷激发振动与爆破振动的比较116

4.2.1 爆破振动及影响因素116

4.2.2 质点峰值振动速度比较122

4.2.3 振动频率比较125

4.2.4 实测深埋隧洞开挖过程振动信号的频谱特性125

4.3 实测瞬态卸荷激发振动的识别与分离133

4.3.1 深埋隧洞钻爆开挖过程的实测围岩振动134

4.3.2 开挖瞬态卸荷激发振动的识别138

4.3.3 开挖瞬态卸荷激发振动的分离142

4.4 开挖瞬态卸荷激发振动的传播规律146

4.4.1 基于量纲分析推导的激发振动预测公式147

4.4.2 实测开挖卸荷激发围岩振动衰减规律150

4.5 小结156

参考文献157

第5章 深部岩体爆破开挖引起的围岩开裂机制和岩爆效应159

5.1 深埋隧洞爆破开挖过程的裂纹扩展模型160

5.2 爆炸应力波驱动的岩体开裂机制161

5.2.1 翼型裂纹扩展的临界条件162

5.2.2 岩体开裂特征162

5.3 准静态卸荷引起的围岩开裂机制165

5.3.1 翼型裂纹产生的临界条件165

5.3.2 围岩开裂范围与翼型裂纹扩展方向167

5.4 瞬态卸荷诱导的围岩开裂机制及影响因素168

5.4.1 围岩开裂范围168

5.4.2 围岩开裂的影响因素169

5.5 开挖卸荷诱导的岩爆效应172

5.5.1 围岩开裂过程中的能量变化172

5.5.2 不同卸荷方式下应变型岩爆的特征177

5.5.3 岩爆碎块弹射速率179

5.5.4 锦屏二级水电站深埋隧洞开挖过程中的岩爆180

5.6 小结186

参考文献186

第6章 深部岩体爆破开挖过程中的围岩损伤演化机制189

6.1 深部岩体钻爆开挖导致围岩损伤机理189

6.1.1 岩体开挖瞬态卸荷诱发围岩损伤机理189

6.1.2 爆炸荷载作用下的围岩损伤机理190

6.2 深部岩体钻爆开挖围岩损伤模型191

6.2.1 损伤破坏准则191

6.2.2 损伤演化方程192

6.2.3 损伤变量阈值193

6.3 深部岩体钻爆开挖围岩损伤演化过程194

6.3.1 瞬态卸荷作用下的围岩损伤演化过程195

6.3.2 爆炸荷载与瞬态卸荷耦合作用下的围岩损伤演化过程198

6.3.3 工程实例分析203

6.4 锦屏二级水电站深埋隧洞爆破开挖围岩损伤区检测及特性研究208

6.4.1 工程概况208

6.4.2 损伤区检测方法209

6.4.3 损伤区检测结果210

6.4.4 深埋隧洞爆破开挖围岩损伤特性214

6.5 小结217

参考文献218

第7章 开挖瞬态卸荷引起的围岩松动与变形机制220

7.1 节理岩体开挖瞬态卸荷松动机理220

7.1.1 开挖瞬态卸荷松动的能量模型220

7.1.2 开挖瞬态卸荷松动的应力波模型222

7.1.3 开挖瞬态卸荷松动的影响因素228

7.1.4 平行节理组切割岩体的卸荷松动模型229

7.2 开挖瞬态卸荷引起节理岩体松动模拟试验234

7.2.1 松动模拟试验系统设计234

7.2.2 模型材料的选择与相似分析235

7.2.3 松动模拟试验过程237

7.2.4 试验结果分析241

7.3 节理岩体爆破松动机理244

7.3.1 爆破松动的应力波模型244

7.3.2 爆破松动的动力有限元分析247

7.4 含结构面地下厂房高边墙开挖卸荷松动变形实例分析250

7.4.1 瀑布沟水电站工程概况251

7.4.2 开挖过程地下厂房实测变形252

7.4.3 高边墙开挖卸荷松动变形数值分析254

7.4.4 计算结果与实测数据的对比259

7.5 小结261

参考文献262

第8章 深部岩体开挖瞬态卸荷动力效应控制技术264

8.1 深埋洞室开挖程序优化264

8.1.1 典型水电站地下厂房洞群开挖程序265

8.1.2 大型地下厂房开挖程序比较与分析270

8.1.3 深埋地下厂房开挖轮廓爆破方式比选273

8.2 深部岩体开挖瞬态卸荷激发振动控制279

8.2.1 爆破振动和开挖瞬态卸荷激发振动的预测279

8.2.2 深埋隧洞开挖瞬态卸荷激发振动控制280

8.2.3 深埋地下厂房开挖瞬态卸荷激发振动控制292

8.3 深埋地下洞室开挖瞬态卸荷引起的围岩损伤控制297

8.3.1 深埋隧洞开挖过程的围岩应力动态演化规律297

8.3.2 全断面钻爆开挖过程的围岩损伤演化规律302

8.3.3 基于地应力瞬态卸荷围岩损伤控制的爆破设计优化303

8.4 基于开挖瞬态卸荷控制的施工期岩爆主动防治305

8.4.1 基于应力解除的岩爆主动防治305

8.4.2 基于爆破扰动控制的岩爆主动防治309

8.5 小结313

参考文献314

索引317