真三轴条件下高应力硬岩地下工程破裂力学机制

本书紧密围绕我国众多高应力硬岩地下工程在开挖过程中所面临的真三向特殊应力环境，针对深部工程硬岩力学行为与破裂机制等工程技术问题，结合现场原位监测、三维数值模拟、室内真三轴试验等多种手段开展了系统性研究。依托典型高应力硬岩地下工程案例，基于实测地应力数据与围岩多元信息，进行了三维初始地应力场及围岩等效参数的精细化反演。此外，考虑到深部工程洞壁位置与深度、主应力效应、结构面倾角以及扰动条件等多个工程因素，开展了室内硬岩真三轴试验，揭示了真三轴条件下深部硬岩地下工程破裂力学机制，所得结论可为相关工程人员提供借鉴和参考。

2023年辽宁省科技进步一等奖“深埋隧道即时型岩爆能量机制、智能预警与控制技术”。

目录
“岩石力学与工程研究著作丛书”序
“岩石力学与工程研究著作丛书”编者的话
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究意义 1
1.2 高应力地下工程研究主要进展 2
1.2.1 初始地应力场反演 2
1.2.2 岩石真三轴试验装置 3
1.2.3 岩石真三轴力学特性 5
1.2.4 岩石主应力效应 6
1.2.5 岩石破裂力学机制 8
第2章 三维初始地应力场反演 10
2.1 引言 10
2.2 工程地质特征与三维数值模型建立 11
2.2.1 地形地貌 11
2.2.2 地层岩性 11
2.2.3 地质构造与地应力特征 12
2.2.4 地下洞室群三维数值模型与开挖支护模拟 14
2.3 多元线性回归反演初始地应力场 18
2.3.1 多元线性回归基本原理 19
2.3.2 边界条件与岩体力学参数 20
2.3.3 多元线性回归计算结果 24
2.4 基于多因素数值分析的初始地应力场反演 27
2.4.1 初始地应力场反演基本原理 27
2.4.2 使用简化计算模型的PSO-DE地应力场反演 30
2.4.3 反演所得应力场加载至复杂计算模型 33
2.5 地下洞室群围岩等效参数反演分析 34
2.5.1 围岩等效参数反演基本原理 34
2.5.2 反演分析实测数据选取 38
2.5.3 围岩等效参数反演分析 40
2.5.4 反演结果检验 43
2.6 本章小结 46
第3章 高应力硬岩地下工程洞壁破裂力学机制 47
3.1 引言 47
3.2 真三轴条件下洞壁不同深度花岗岩破裂力学机制 47
3.2.1 试验准备 47
3.2.2 应力-应变关系 57
3.2.3 力学特性 59
3.2.4 破裂特征 65
3.3 真三轴条件下洞壁截面不同位置花岗岩破裂力学机制 79
3.3.1 试验准备 79
3.3.2 应力-应变关系 81
3.3.3 力学特性 82
3.3.4 能量演化计算 88
3.3.5 破裂特征 94
3.4 本章小结 96
第4章 真三轴条件下花岗岩破坏主应力效应 98
4.1 引言 98
4.2 最小主应力效应 98
4.2.1 试验准备 98
4.2.2 试验方案 99
4.2.3 应力-应变关系 100
4.2.4 力学特性 104
4.2.5 宏观破坏特征 109
4.2.6 能量演化计算 110
4.3 中间主应力效应 115
4.3.1 试验方案 115
4.3.2 应力-应变关系 116
4.3.3 力学特性 118
4.3.4 宏观破坏特征 122
4.3.5 花岗岩岩石试验破裂面三维激光扫描 124
4.4 本章小结 128
第5章 动力扰动不同倾角结构面硬岩破坏特性 130
5.1 引言 130
5.2 工程地质特征 131
5.2.1 地形地貌 131
5.2.2 地层岩性 131
5.2.3 地质构造 132
5.2.4 隧区地应力及岩爆分析 132
5.3 含结构面硬岩真三轴试验 133
5.3.1 试验设备 133
5.3.2 试样制备与参数 135
5.3.3 试验方案 139
5.3.4 含结构面岩石静态真三轴试验 140
5.3.5 含结构面岩石不同扰动时机真三轴试验 148
5.3.6 含结构面岩石不同扰动方向真三轴试验 153
5.3.7 含结构面岩石峰后扰动真三轴试验 158
5.4 本章小结 165
第6章 结论 167
参考文献 170