深部洞室破壞機理與圍巖穩(wěn)定分析理論方法及應用

《巖石力學與工程研究著作叢書》序 《巖石力學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 國內外研究現狀分析 3 1.3 本書主要研究內容及成果 12 第2章 深部洞室分區(qū)破裂模型試驗 14 2.1 引言 14 2.2 模型相似材料 14 2.3 模型試驗系統(tǒng)研制 17 2.4 分區(qū)破裂地質力學模型試驗過程與方法 21 2.4.1 模型試驗方案 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)破裂的產生條件 29 2.5.1 模型洞周破裂現象的對比分析 29 2.5.2 模型洞周位移和應變變化規(guī)律 36 2.5.3 深部洞室分區(qū)破裂的產生條件 39 2.6 分區(qū)破裂的影響因素 41 2.6.1 洞形和地質構造分布的影響 41 2.6.2 分區(qū)破裂影響因素分析 52 2.7 模型試驗與現場觀測結果對比 52 2.8 本章小結 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 應變局部化與分區(qū)破裂現象 55 3.3 應變梯度彈性損傷本構關系 57 3.3.1 應變梯度和高階應力的引入 57 3.3.2 應變梯度彈性損傷本構關系推導 60 3.4 基于應變梯度的分區(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 71 3.5 深部圓形巷道位移和應力求解與模型試驗對比分析 74 3.5.1 圓形巷道位移和應力求解方法 74 3.5.2 理論計算與模型試驗結果的對比分析 78 3.6 本章小結 80 第4章 深部洞室分區(qū)破裂數值模擬方法 82 4.1 引言 82 4.2 分區(qū)破裂能量損傷破壞準則 82 4.2.1 巖石破壞與能量耗散 82 4.2.2 基于應變梯度的單元破壞準則 83 4.3 分區(qū)破裂數值模擬分析方法 86 4.3.1 本構方程的矩陣形式 86 4.3.2 高階六面體單元的構建 88 4.3.3 分區(qū)破裂單元破壞的判定方法 98 4.4 依托ABAous平臺的分區(qū)破裂計算翟序開發(fā) 99 4.5 分區(qū)破裂數值模擬結果及分析 104 4.5.1 圓形巷道分區(qū)破裂數值模擬 104 4.5.2 含軟弱夾層洞室分區(qū)破裂數值模擬 108 4.5.3 非圓形洞室分區(qū)破裂數值模擬 112 4.5.4 最大主應力對洞室破裂方式的影響 119 4.5.5 洞室形狀對分區(qū)破裂的影響分析 121 4.6 深部洞室分區(qū)破裂的形成機理 123 4.7 本章小結 125 第5章 地下洞室初始地應力場的反演方法 126 5.1 引言 126 5.2 初始地應力的影響因素 127 5.3 初始地應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)初始地應力場的反演 131 5.4.1 數值計算模型 131 5.4.2 巖體計算參數 132 5.4.3 地下廠房廠區(qū)初始地應力實測結果分析 133 5.4.4 地下廠房廠區(qū)初始地應力的回歸分析 134 5.4.5 地下廠房廠區(qū)初始地應力函數 136 5.5 大崗山水電站地下廠房廠區(qū)初始地應力場的反演 138 5.5.1 工程概況 138 5.5.2 初始地應力實測結果 139 5.5.3 地應力反演計算條件 142 5.5.4 實測地應力的轉換 143 5.5.5 地下廠房廠區(qū)初始地應力回歸分析 144 5.5.6 地下廠房廠區(qū)初始地應力函數 147 5.6 本章小結 149 第6章 大型地下廠房施工期圍巖力學參數動態(tài)反演與開挖穩(wěn)定性分析 151 6.1 正交設計效應優(yōu)化位移反分析法 151 6.1.1 正交試驗設計 151 6.1.2 反演目標函數 153 6.1.3 效應優(yōu)化分析 153 6.1.4 力學參數反演流程與計算步驟 155 6.2 大崗山地下廠房圍巖力學參數動態(tài)反演分析 157 6.2.1 數值計算模型 157 6.2.2 地下廠房第七層開挖圍巖力學參數的動態(tài)反演與分析 159 6.2.3 地下廠房第八層開挖圍巖力學參數的動態(tài)反演與分析 169 6.2.4 地下廠房第九層開挖圍巖力學參數的動態(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 196 第7章 超深埋縫洞型油藏溶洞垮塌破壞機制與儲油裂縫閉合規(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試驗 198 7.2.1 現場取樣與標準試件制備 199 7.2.2 碳酸鹽巖力學參數測試 204 7.2.3 碳酸鹽巖微細觀破裂機制 208 7.3 超深埋碳酸鹽巖溶洞垮塌破壞三維地質力學模型試驗 210 7.3.1 超高壓智能數控真三維加載模型試驗系統(tǒng)的研制 211 7.3.2 模型試驗設計方案 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 模型試驗結果分析 229 7.3.7 模型試驗研究結論 234 7.4 縫洞型油藏溶洞垮塌破壞的數值模擬 234 7.4.1 數值分析模型與計算條件 234 7.4.2 溶洞垮塌破壞判據 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)律的數值模擬分析 259 7.5.1 縫內降壓速率對裂縫閉合規(guī)律的影響 259 7.5.2 裂縫傾角對裂縫閉合規(guī)律的影響分析 268 7.5.3 裂縫長度對裂縫閉合規(guī)律的影響分析 277 7.5.4 裂縫寬度對裂縫閉合規(guī)律的影響分析 284 7.5.5 地層降壓幅度對裂縫閉合規(guī)律的影響分析 291 7.6 本章小結 296 參考文獻 299