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第1章　绪论1

1.1　引言1

1.2　概述1

1.2.1　节理岩体与锚杆加固理论研究现状1

1.2.2　节理岩体裂隙扩展研究现状6

1.2.3　CT技术在岩石力学中的应用研究现状10

1.2.4　声发射技术在岩石力学中的应用研究现状11

1.3 本书研究方法和内容12

1.3.1　本书的研究方法12

1.3.2　本书研究内容13

参考文献13

第2章　节理岩体裂隙扩展的CT试验26

2.1　引言26

2.2　CT技术原理27

2.2.1　CT技术检测原理28

2.2.2　CT试验可以解决的岩石力学问题29

2.3　试验设备30

2.3.1　本试验的CT机配套设备简介30

2.3.2　CT图像信息的提取32

2.4　试件的加工制作32

2.4.1　试件加工材料的选取32

2.4.2　含裂隙试件加工示意图33

2.4.3　试件的测量36

2.4.4　试验方法37

2.5　单裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展CT试验研究37

2.5.1　单裂隙试件单轴压缩的CT试验37

2.5.2　方案一——同心圆区域CT分析41

2.5.3　方案二——等圆区域CT分析48

2.5.4　方案三——等椭圆区域CT分析54

2.5.5　纵向CT扫描图像分析57

2.5.6　密度应力分析65

2.5.7　损伤变量分析68

2.5.8　裂隙扩展宽度的估算方法70

2.5.9　小结72

2.6　双裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展CT试验研究73

2.6.1　含44°双裂隙试件单轴压缩的CT试验74

2.6.2　方案一——同心圆区域CT分析76

2.6.3　方案二——等圆区域CT分析81

2.6.4　方案三——等椭圆区域CT分析86

2.6.5　纵向CT扫描图像分析90

2.6.6　小结92

2.7　单裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT试验研究93

2.7.1　含19°单裂隙试件三轴压缩的CT试验93

2.7.2　方案一——同心圆区域CT分析95

2.7.3　方案二——等圆区域CT分析99

2.7.4　方案三——等椭圆区域CT分析103

2.7.5　纵向CT扫描图像分析106

2.7.6　小结108

2.8　双裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT试验研究109

2.8.1　含36°双裂隙试件三轴压缩的CT试验109

2.8.2　方案一——同心圆区域CT分析111

2.8.3　方案二——等圆区域CT分析117

2.8.4　方案三——等椭圆区域CT分析122

2.8.5　纵向CT扫描图像分析126

2.8.6　小结128

参考文献130

第3章　节理岩体裂隙断裂声发射试验研究133

3.1 引言133

3.2　测试系统134

3.3　不同材料内置裂隙扩展及贯通规律135

3.3.1　试验材料及试样制备135

3.3.2　三维裂隙的制作139

3.3.3　均质材料中裂隙扩展与贯通140

3.3.4　非均质材料的扩展特征145

3.3.5　小结151

3.4　表面裂隙扩展模式及其断裂机理152

3.4.1　试验研究153

3.4.2　试验结果及讨论155

3.4.3　表面裂隙附近应变分析159

3.4.4　表面裂隙扩展的声发射试验研究161

3.4.5　裂隙深度比对断裂模式及强度的影响163

3.4.6　砂岩中表面裂隙扩展破裂166

3.4.7　反翼裂纹产生的力学机理166

3.4.8　小结167

参考文献168

第4章　拉伸状态下节理岩体裂隙扩展试验研究170

4.1　引言170

4.2　改进的直接拉伸试验技术171

4.2.1　现有主要直接拉伸试验技术171

4.2.2　改进的直接拉伸试验技术173

4.3　拉伸状态下三维内置裂隙扩展试验研究173

4.3.1　试验材料和含裂隙试件的制备173

4.3.2　拉伸试验装置和测试系统176

4.3.3　含裂隙试件拉伸力学和断裂特征176

4.3.4　裂隙倾角对试件力学性能和断裂特征的影响179

4.3.5　小结183

4.4　拉伸状态下三维表面裂隙扩展试验研究184

4.4.1　试件制作184

4.4.2　试验结果及分析184

参考文献188

第5章　节理岩体中锚杆加固止裂试验研究190

5.1　引言190

5.2　试件的加工制作190

5.2.1　相似材料的研制及其力学参数的测定190

5.2.2　锚杆材料的选择195

5.2.3　模具及内置裂隙的制作196

5.3　表面裂隙不同锚固方式小试件单轴压缩试验研究198

5.3.1　预制裂隙形态及加锚方式198

5.3.2　应力-应变曲线及试件力学特性分析198

5.3.3　破坏模式及断裂机理分析201

5.3.4　小结204

5.4　表面裂隙不同锚固方式小试件单轴拉伸试验研究206

5.4.1　锚固角度对锚固效果影响规律研究206

5.4.2　锚固位置对锚固效果影响规律研究213

5.5　节理岩体锚固效应大试块试验研究219

5.5.1　试验总体设计219

5.5.2　试验结果及分析224

参考文献235

第6章　复杂应力状态下断续节理岩体断裂损伤机理研究及其应用236

6.1　引言236

6.2　裂纹起裂判据及扩展方向236

6.2.1　起裂准则236

6.2.2　裂纹扩展方向239

6.3　复杂应力状态下加锚节理裂纹扩展长度的确定240

6.3.1　压剪情况下分支裂纹扩展长度240

6.3.2　拉剪应力状态下分支裂纹扩展长度244

6.4　岩体加锚增韧模型试验研究244

6.5　裂隙岩体大型洞室群施工顺序优化研究246

6.5.1　洞室群所在围岩地质构造概况及有关参数247

6.5.2　计算有关参数247

6.5.3　开挖假定及有限元计算有关问题248

6.5.4　洞室群施工顺序优化分析248

6.5.5　小结251

参考文献251

第7章　加锚断续节理岩体复杂应力状态下本构关系、损伤演化方程及工程应用253

7.1　引言253

7.2　加锚节理面抗剪强度与变形特点253

7.3　节理面附近锚杆形变能及节理面形变能257

7.3.1　锚杆在节理裂隙面附近的形变能257

7.3.2　节理裂隙形变能258

7.4　加锚节理裂隙岩体的本构关系261

7.4.1　加锚节理岩体等效模型261

7.4.2　分析构元等效模型中无锚节理裂纹体的等效劲度262

7.4.3　分析构元等效模型中锚杆轴向力产生的等效劲度267

7.4.4　分析构元等效模型中锚杆的“销钉”作用及裂纹体残余能量产生的等效劲度270

7.5　加锚断续节理岩体拉剪应力状态下本构关系的研究274

7.5.1　加锚节理岩体节理面及锚杆变形分析274

7.5.2　锚杆在节理面附近聚积的形变能276

7.5.3　加锚节理岩体构元等效模型278

7.6　断续节理岩体拉压剪受力状态下的本构关系289

7.7　加锚损伤岩体本构方程不同表现形式之间的转换关系290

7.8　损伤演化方程294

7.8.1　压剪应力场下损伤演化方程294

7.8.2　拉剪应力场下损伤演化方程299

7.9　三峡右岸地下电站厂房节理围岩稳定性断裂损伤分析300

7.9.1　岩体力学参数和初始地应力300

7.9.2　计算范围及工况301

7.9.3　计算结果301

7.9.4　小结307

参考文献307

第8章　裂纹扩展稳定性及遇到分界面时穿越条件研究309

8.1　裂纹扩展失稳的突变模型309

8.1.1　概述309

8.1.2　裂纹扩展的突变模型310

8.1.3　小结314

8.2　裂纹扩展遇到分界面时穿越条件分析314

参考文献318

第9章　工程应用320

9.1　琅玡山抽水蓄能电站地下厂房洞室群稳定性分析320

9.1.1　工程概况和工程地质条件320

9.1.2　数值计算分析相关条件323

9.1.3　施工开挖方案326

9.1.4　地下厂房支护设计方案327

9.1.5　断裂损伤有限元分析法的计算结果328

9.1.6　小结333

9.2　青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度的断裂损伤分析333

9.2.1　引言333

9.2.2　计算模型334

9.2.3　计算参数335

9.2.4　计算结果336

9.2.5　小结343

9.3　象山港海底隧道最小顶板厚度的三维断裂损伤分析344

9.3.1　引言344

9.3.2　计算目的和任务344

9.3.3　计算模型344

9.3.4　计算参数345

9.3.5　计算结果346

9.3.6　小结357