岩体经验强度准则及其在地质工程中的应用PDF电子书下载

1 导言 1

1.1 岩体与岩石的概念 1

1.1.1 岩石与岩体的定义 1

1.1.2 岩体与岩石的区别 2

1.2 岩体破坏与岩体强度 3

1.2.1 岩体破坏机制 3

1.2.2 岩体强度研究方法 5

1.3.2 岩体理论强度准则评述 6

1.3.1 岩体强度理论的有关概念 6

1.3 岩体强度理论研究现状 6

1.4 Mohr-Coulomb 强度准则及其评述 8

1.4.1 Mohr 强度理论 8

1.4.2 Mohr-Coulomb 强度准则的内容 9

1.4.3 用σ1-σ3表示的 Mohr-Coulomb 强度准则 9

1.4.4 主应力空间上的 Mohr-Coulomb 强度准则 10

1.4.5 Mohr-Coulomb 强度准则的应用特点 11

1.6 Hoek-Brown 经验强度准则 12

1.5 岩体非线性破坏特征 12

1.6.1 狭义 Hoek-Brown 强度准则的内容 18

1.6.2 狭义 Hoek-Brown 强度准则对岩体破坏的表述 18

1.6.3 岩体抗剪强度包线 19

1.6.4 对 Hoek-Brown 经验强度准则的评述 21

1.6.5 广义 Hoek-Brown 经验强度准则 21

1.6.6 Hoek-Brown 经验强度准则适用的应力条件 22

1.7 选题依据、研究思路和方法 23

1.7.1 经验强度准则在国外研究和应用现状 23

1.7.2 选题依据、研究思路和方法 25

1.8 主要研究内容 27

2 岩体参数确定方法 30

2.1 概述 30

2.2 准则的4种重要表示形式 30

2.2.1 Mohr-Coulomb 表示形式 30

2.2.2 无量纲表示形式 32

2.2.3 在主应力平面表示形式 32

2.2.4 在主应力空间表示形式 34

2.3 岩块单轴抗压强度确定方法 36

2.3.1 单轴压力试验 37

2.3.2 点荷载试验 38

2.4 经验参数 m，s 确定方法 40

2.4.1 查表估计 40

2.4.2 室内岩块三轴试验统计确定 41

2.4.3 直剪或大剪试验统计确定 42

2.4.4 由岩体分类指标 RMR 和 Q 现场估算 43

2.4.5 由岩体分类指标 RMI 估算 46

2.4.6 声波测试技术估算经验参数 48

2.5 经验参数 m，s 对岩体强度的影响 50

2.5.1 参数 m 对岩体强度的影响 50

2.5.2 参数 s 对岩体强度的影响 51

2.6 对经验参数 m，s 含义的理解和再认识 52

2.6.1 岩石自身性质对参数 m 取值的影响 52

2.6.2 岩体质量对参数 m 取值的影响 53

3.2 经验强度准则对岩体的分类 54

3 岩体强度预测方法 54

3.1 概述 54

3.3 各向同性均质岩体强度预测 56

3.3.1 单轴抗压、抗拉强度预测 56

3.3.2 岩体或潜在破坏面抗剪强度预测 56

3.4 结构面强度理论 57

3.4.1 结构面强度理论研究现状 58

3.4.2 分形特征确定结构面粗糙度系数 JRC 的方法 59

3.4.3 结构面抗剪强度计算方法 60

3.5 各向异性岩体强度预测 61

3.5.1 含一组结构面各向异性岩体强度预测 61

3.5.2 含两组或三组结构面各向异性岩体强度预测 65

3.6 地下水对岩体强度的影响 68

3.7 岩体变形模量的估算 69

3.7.1 由岩体分类指标估算 70

3.7.2 由纵波波速估算 71

4.2 地应力分布规律 72

4.1 概述 72

4 在地下工程中的应用 72

4.3 岩体初始应力状态确定方法 74

4.3.1 地质力学的构造分析方法 74

4.3.2 根据洞壁应力确定原岩应力 74

4.3.3 现场地应力测量 74

4.4 水平圆形隧洞围岩应力计算 75

4.4.1 无压隧洞围岩应力计算 75

4.4.2 有压隧洞围岩应力计算 76

4.5.1 经典岩体力学理论中的围岩稳定性分析方法 77

4.5 隧洞围岩稳定性分析方法 77

4.5.2 基于 Hoek-Brown 强度准则的围岩稳定性分析方法 78

4.5.3 算例分析 79

4.6 弹塑性理论计算水平圆形隧洞的支护压力 79

4.6.1 基本假设 80

4.6.2 支护压力计算公式的推导 80

4.6.3 塑性区半径计算公式的推导 83

4.6.4 洞壁位移公式的推导 83

4.6.5 考虑塑性区岩体体积扩容时的洞壁位移ΔR 84

4.6.6 考虑岩体自重时对支护压力的修正 85

4.6.7 算例分析 86

4.6.8 对本方法的评价 87

4.7 坚硬无裂缝有压隧洞最小上覆层厚度 87

4.7.1 Hoek-Brown 强度准则确定上覆层厚度 87

4.7.2 算例分析 89

4.7.3 对方法的评价 89

4.8.2 塑性区应力、半径计算公式的推导 90

4.8.1 经典方法及其存在的问题 90

4.8 弹塑性理论确定有压隧洞上覆层厚度 90

4.8.3 有压隧洞上覆层厚度的计算方法 91

4.8.4 算例分析 92

4.8.5 对方法的评价 93

4.9 经验强度准则确定圆形竖井极限深度 93

4.9.1 竖井的围岩应力 93

4.9.2 竖井极限深度的计算方法 93

4.9.4 对理论的评价 94

4.9.3 算例分析 94

4.10 本章小结 95

5 地下厂房洞室群岩爆预测与防治 96

5.1 概述 96

5.2 岩爆形成的基本条件 97

5.2.1 能量储存的地质条件 97

5.2.2 弹性应变能储集的应力条件 97

5.2.3 能量释放的地质条件 98

5.3.1 岩爆渐进性破坏过程 99

5.3 岩爆形成机理 99

5.2.4 岩爆形成的触发因素 99

5.3.2 破坏机理与破坏准则 100

5.3.3 经验强度准则对岩爆机制的判别 100

5.4 岩爆预测预报方法综述 101

5.4.1 岩爆预测预报的含义 101

5.4.2 岩爆趋势预测方法 102

5.4.3 短期预报常用方法 103

5.5.1 水电站及地下厂房洞室群简介 104

5.5 黄河拉西瓦水电站地下厂房洞室群岩爆趋势预测 104

5.5.2 岩爆宏观预测 105

5.5.3 岩爆预测判据选取 106

5.5.4 岩爆可能发生部位及其强度级别 108

5.5.5 岩爆防治措施初步建议 110

5.6 本章小结 114

6 岩质边坡稳定性分析 116

6.1 概述 116

6.2 边坡岩体中的应力分布特征 116

6.2.1 岩坡应力场的基本特征 117

6.2.2 影响边坡应力分布的主要因素 117

6.3 岩坡变形机制与破坏模式 117

6.3.1 斜坡变形破坏机制分类方法 118

6.3.2 岩坡破坏模式划分方案 120

6.4 经验强度准则研究岩坡稳定性的思路 120

6.5 改进的 Sarama 非垂直条分法 121

6.5.1 基本原理 121

6.5.2 分析步骤 122

6.5.4 尾矿坝稳定性评价 124

6.5.3 经典算例 124

6.5.5 在雅砻江右岸某边坡中的应用 126

6.5.6 方法评述 128

6.6 改进的楔体稳定性分析方法 129

6.6.1 楔体稳定性分析的基本方法 129

6.6.2 楔体破坏过程及稳定性计算 131

6.6.3 改进的楔体稳定性分析方法 132

7.2 单层岩基破坏模式的划分 135

7 均质岩基极限承载力计算理论 135

7.1 概述 135

7.3 均质岩基极限承载力研究的思路和方法 137

7.4 均质岩基极限承载力的极限平衡解 138

7.4.1 计算模型 138

7.4.2 极限承载力的 Bell 解 138

7.4.3 极限承载力的 Hoek-Brown 解 140

7.5 基于 Hoek-Brown 强度准则的滑移线理论体系 141

7.4.4 承载力极限平衡解的应用特点 141

7.5.1 Mohr-Coulomb 准则表述的滑移线方程 142

7.5.2 基于 Hoek-Brown 强度准则的滑移线基本方程 143

7.5.3 应力边界条件处理方法 145

7.5.4 极限荷载的求解方法 148

7.6 均质岩坡极限承载力的滑移线解 148

7.6.1 理论依据 148

7.6.2 计算步骤 149

7.7 构建水平承载面均质岩基滑移线网的方法 150

7.7.1 滑移线网分区 150

7.7.2 滑移线网绘制方法 150

7.7.3 方法评价 151

7.8 高应力状态下均质岩基极限承载力的计算 152

7.9 滑移线解的应用特点及其修正方法 153

7.9.1 滑移线解的应用特点 153

7.10 滑移线解算例分析 154

7.10.1 算例1 154

7.9.2 滑移线解的修正方法 154

7.10.2 算例2 155

7.11 滑移线解与极限平衡解的比较 156

7.11.1 工程概况 156

7.11.2 Bell 解计算结果 156

7.11.5 与规范结果的比较 157

7.12.1 双层岩基的破坏模式 157

7.12 近水平双层岩基极限承载力计算理论 157

7.11.4 滑移线解计算结果 157

7.11.3 Hoek-Brown 解计算结果 157

7.12.2 双层岩基极限承载力计算理论 159

7.12.3 算例分析 160

8 张性基础设计方法 161

8.1 概述 161

8.2 张性荷载在锚杆中传递的机理 162

8.3 锚杆基本设计方法 164

8.4.2 锥体破坏计算模型 167

8.4.1 岩石锚杆破坏模式 167

8.4 岩石锚杆容许抗拔力计算方法 167

8.4.3 锚杆容许抗拔力估算 168

8.4.4 锚杆设计步骤 170

8.4.5 方法的应用特点 171

8.5 张性基础设计方法 171

8.5.1 张性基础破坏模式 171

8.5.2 张性基础设计原理 172

8.5.5 张性基础设计步骤 173

8.5.4 基底岩体承载力验算 173

8.5.3 圆锥台侧面岩体的抗力 173

8.5.6 设计方法的应用特点 174

8.6 对全长粘结锚杆设计方法的讨论 175

9 广义嵌岩桩设计理论 177

9.1 概述 177

9.2 嵌岩桩工作性能研究 178

9.2.1 嵌岩桩工作性能 178

9.2.2 嵌岩桩荷载传递机理 178

9.2.3 嵌岩桩破坏模式 179

9.2.4 嵌岩桩承载力的影响因素 180

9.3 嵌岩桩设计方法研究现状 183

9.3.1 国外的研究情况 184

9.3.2 我国现有规范中的设计方法及其评述 185

9.4 嵌岩桩设计的思路 187

9.5 嵌岩桩容许承载力确定方法 188

9.5.1 容许承载力计算原则 188

9.5.2 极限侧阻力确定方法 189

9.5.3 极限端阻力计算理论 191

9.6.1 桩顶位移计算理论研究现状 193

9.6 桩顶位移计算理论 193

9.6.2 桩顶位移理论计算模型 194

9.6.3 弹性状态下弹性嵌岩桩的桩顶位移 195

9.6.4 完全滑动状态下弹性嵌岩桩的桩顶位移 196

9.6.5 刚性嵌岩桩的桩顶位移 198

9.6.6 理论评述及桩-岩界面参数取值 199

9.7 嵌岩桩设计的方法和步骤 199

9.7.3 桩顶位移验算 200

9.7.2 确定桩身混凝土强度 200

9.7.1 确定桩径 B 和嵌岩深度 D 200

9.7.4 调整设计参数 201

9.8 嵌岩抗拔桩设计方法 202

9.8.1 嵌岩抗拔桩可能破坏模式 202

9.8.2 容许抗拔力确定 202

9.8.3 圆锥台破坏时的岩体抗力 203

9.8.4 桩顶位移计算理论 204

9.8.5 嵌岩抗拔桩设计步骤 205

9.9.1 嵌岩抗滑桩工作性能及破坏特征 206

9.9 嵌岩抗滑桩设计方法 206

9.9.2 理论计算模型 207

9.9.3 桩顶位移计算理论 208

9.9.4 单位桩长抗滑桩极限阻力计算方法 209

9.9.5 横向极限承载力计算方法 211

9.9.6 桩身最大弯矩及强度验算 213

9.9.7 嵌岩抗滑桩设计步骤 213

10.1 概述 216

10 经验强度准则的可靠度分析理论 216

10.2 岩体力学参数的概率统计方法 217

10.2.1 岩体力学参数的概率统计方法 217

10.2.2 常用概率分布函数的特性 218

10.2.3 岩体力学参数检验方法 220

10.3 可靠度计算的基本理论 221

10.3.1 理论基础 221

10.3.2 多正态变量情况可靠度求解方法 222

10.3.3 多个非正态变量情况可靠度求解方法 223

10.3.4 可靠度分析中的相关变量处理方法 224

10.4 岩体强度参数σc、m、s 的统计特征 225

10.4.1 岩块单轴抗压强度的统计特征 225

10.4.2 经验参数 m，s 的统计特征 226

10.5 二维岩体经验强度准则的可靠度分析 227

10.5.1 假定参数正态独立下的可靠度计算 228

10.5.2 经验参数 m，s 正态相关下的可靠度计算 229

10.5.3 单轴抗压强度σc 非正态分布下的可靠度计算 229

10.5.4 算例分析 231

10.6.1 极限状态方程的建立 232

10.6.2 随机变量统计特征的变换 232

10.6 三维岩体经验强度准则的可靠度分析 232

10.6.3 可靠度计算步骤 234

10.6.4 算例分析 235

11.2 基于经验强度准则的数值算法 237

11.2.1 数值算法及 FLAC 软件简介 237

11.1 概述 237

11 对经验强度准则的补充 237

11.2.2 FLAC 基本原理 238

11.3 广义 Hoek-Brown 经验强度准则 241

11.3.1 GSI 指标确定岩体经验参数的方法 241

11.3.2 广义 Hoek-Brown 准则的 Mohr-Coulomb 表示形式 242

11.4 非贯通裂隙岩体经验强度准则 242

11.4.1 准则的内容 243

11.4.2 经验参数的确定方法 243

主要参考文献 245