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第1章 引言 1

1.1 研究背景 1

1.2 节理裂隙应力渗流耦合机理研究综述 2

1.2.1 岩石裂隙表面形貌描述方法研究 3

1.2.2 岩石裂隙渗流特性描述方法 6

1.2.3 正应力对岩石节理渗透性影响的试验研究 7

1.2.4 剪切变形对岩石节理渗透性影响的试验研究 8

1.2.5 岩石裂隙渗流应力耦合模型研究 9

1.2.6 岩石裂隙中溶质运移研究 9

1.3 裂隙岩体锚固研究综述 11

1.3.1 试验及理论分析方面 12

1.3.2 数值分析方面 13

1.4 本书主要内容 14

参考文献 15

第2章 粗糙节理面剪切破坏机理和强度模型 23

2.1 岩体节理剪切试验装置开发与试验研究 23

2.1.1 新型岩体剪切试验装置的开发背景 23

2.1.2 直剪试验装置的硬件和软件系统 25

2.1.3 岩石裂隙的剪切力学行为的试验研究 30

2.2 结构面剪切破坏细观机理数值模拟研究 40

2.2.1 岩石材料的颗粒流程序表达 40

2.2.2 岩石压缩破坏过程的细观模拟研究 44

2.2.3 岩石节理面剪切破坏细观机理研究 52

2.3 裂隙表面形态数学描述及特性研究 63

2.3.1 裂隙表面形态特征函数 63

2.3.2 裂隙表面形态特征理论研究 69

2.4 粗糙节理面随机强度模型 73

2.4.1 单个长方体凸起剪切破坏分析 74

2.4.2 随机强度模型建立 76

2.4.3 物模试验验证 78

2.4.4 随机模型中参数影响 82

2.5 地下洞室围岩裂隙开裂判断方法及其应用 84

2.5.1 工程研究背景 84

2.5.2 裂隙扩展判据 85

2.5.3 裂隙扩展判断方法与计算流程 87

2.5.4 工程应用概况 88

2.5.5 数值模拟计算与分析 91

2.5.6 分析和讨论 95

2.6 本章小结 96

参考文献 97

第3章 粗糙节理面剪切渗流耦合试验及数值模拟研究 101

3.1 岩石节理水力耦合特性研究 101

3.1.1 节理裂隙水力学性质描述 102

3.1.2 自然岩石节理渗流性质研究 105

3.1.3 岩石节理水力耦合研究 108

3.1.4 岩石结构面渗流特性研究新进展 110

3.1.5 小结 111

3.2 剪切渗流耦合机理试验研究 112

3.2.1 试验装置概括 112

3.2.2 数控伺服系统的建立 113

3.2.3 岩石试件准备及表面数据测量 114

3.2.4 剪切渗流试验过程 117

3.2.5 试验结果分析 118

3.2.6 小结 121

3.3 节理裂隙剪切渗流耦合试验数值模拟研究 121

3.3.1 试验描述 121

3.3.2 试验过程中力学开度的应用方法 122

3.3.3 数值计算控制方程 124

3.3.4 边界条件和接触面积的处理方法 126

3.3.5 结果比较和分析 127

3.3.6 小结 130

3.4 本章小结 132

参考文献 133

第4章 粗糙节理面渗流计算模型和溶质运移机理研究 137

4.1 考虑分形特征的节理面渗流计算模型研究 137

4.1.1 节理面渗流计算分形模型 137

4.1.2 节理面分形维数计算 140

4.1.3 节理渗流计算公式的验证 143

4.1.4 修正参数的分析与讨论 146

4.1.5 小结 146

4.2 溶质运移数值模拟 147

4.2.1 运移场控制与方程与边界条件 147

4.2.2 运移场模拟结果分析 148

4.2.3 考虑吸附作用的溶质运移 154

4.2.4 小结 156

4.3 本章小结 156

参考文献 157

第5章 裂隙岩体锚固机理和理论模型 158

5.1 裂隙岩体基本变形规律研究 159

5.1.1 裂隙岩体几何特性研究 159

5.1.2 节理变形特性研究 161

5.2 岩石节理面锚固作用机理 166

5.2.1 节理岩体锚杆局部应力和变形性质 166

5.2.2 数值计算公式 169

5.3 岩石节理面剪切试验颗粒流模拟 171

5.3.1 数值模型的建立及细观参数的确定 172

5.3.2 加锚节理面直剪试验数值模拟 175

5.3.3 小结 186

5.4 节理面有限元计算模型 188

5.4.1 二维线性节理单元刚度矩阵 188

5.4.2 初应力引起的结点荷载 190

5.4.3 锚杆对节理面“销钉”作用 191

5.5 加锚岩石节理有限元计算方法 192

5.5.1 节理面计算方法 192

5.5.2 锚杆对节理加固作用有限元计算过程 192

5.6 本章小结 193

参考文献 193

第6章 加锚裂隙岩体计算模型研究及应用 195

6.1 加锚节理面应力和变形研究 195

6.1.1 压剪应力状态下节理面变形特点与锚杆应力分析 195

6.1.2 拉剪应力状态下节理面变形特点与锚杆应力分析 197

6.2 加锚裂隙岩体本构关系 198

6.2.1 压剪应力状态下的本构关系 198

6.2.2 拉剪应力状态下的本构关系 202

6.3 损伤与弹塑性耦合有限元实现 203

6.3.1 损伤演化方程 203

6.3.2 损伤与弹塑性耦合实现的基本方法 205

6.3.3 材料非线性问题增量解法一般原理 208

6.3.4 增量变塑性刚度法的基本思想 208

6.3.5 迭代方法 209

6.3.6 程序功能 210

6.4 加锚裂隙岩体损伤模型在地下洞室群工程中的应用 213

6.4.1 工程算例一 213

6.4.2 工程算例二 219

6.5 结论 226

6.5.1 大岗山数值计算结论 226

6.5.2 琅琊山数值计算结论 227

6.5.3 综合结语 227

6.6 本章小结 228

参考文献 228

第7章 渗透压力作用下加锚裂隙岩体损伤模型研究 230

7.1 渗透压力作用下裂隙面上有效应力计算 230

7.2 渗透压力作用下加锚裂隙岩体损伤模型 231

7.2.1 压剪应力状态下本构关系 231

7.2.2 拉剪应力状态下本构关系 232

7.3 工程应用研究 232

7.3.1 工程概况 232

7.3.2 计算模型 233

7.3.3 计算参数 233

7.3.4 计算结果 234

7.3.5 结论 236

7.4 本章小结 237

参考文献 237