第1章 概论 1
1.1 地下工程概述 1
1.2 地下工程结构形式 2
1.2.1 喷锚支护结构 3
1.2.2 复合式衬砌结构 3
1.2.3 贴壁式结构 4
1.2.4 离壁式结构 4
1.2.5 穹顶式结构 5
1.3 地下工程有关计算理论的发展过程 5
1.3.1 刚性结构阶段 5
1.3.2 弹性结构阶段 6
1.3.3 连续介质阶段 8
1.3.4 数值模拟阶段 8
1.3.5 可靠度分析阶段 9
1.4 地下结构工作特性及设计方法 9
1.4.1 地下结构工作特性 10
1.4.2 地下结构计算模型 11
1.4.3 地下结构设计方法 13
第2章 地下工程动态设计方法 16
2.1 地下工程动态设计法的发展 16
2.1.1 新奥法与地下工程动态设计 16
2.1.2 岩土力学反分析理论的发展 17
2.1.3 地下工程动态设计方法的应用 18
2.2 地下工程动态设计法的主要理论和技术 19
2.2.1 地下工程理论计算与数值计算技术 19
2.2.2 地下工程现场监控量测技术 20
2.2.3 地质超前预报技术 20
2.2.4 地下工程反分析理论 21
2.2.5 地下工程时变力学理论 22
2.3 地下工程动态设计法设计流程 22
2.3.1 工程地质勘察 24
2.3.2 施工前预设计 25
2.3.3 制定实施设计方案 25
2.3.4 现场监控量测 26
2.3.5 量测数据处理 26
2.3.6 信息反馈 26
2.3.7 根据反馈信息修正实施设计方案 27
2.4 地下工程施工前预设计 27
2.4.1 施工前预设计的地位与局限性 27
2.4.2 施工前预设计的方法 28
2.4.3 施工前预设计的内容 29
2.5 地下工程施工中信息反馈设计 36
2.5.1 地下工程施工中信息反馈设计的必要性 36
2.5.2 信息反馈设计的原则与要求 37
2.5.3 修正预设计的条件 38
2.5.4 信息反馈修正设计中有关处理措施 40
2.6 地下工程施工过程的力学特征与分析方法 41
2.6.1 地下工程施工过程的力学特征 41
2.6.2 与地下工程相关的施工过程力学分析原理 42
第3章 地下洞室围岩稳定与力学状态分析 46
3.1 地下洞室围岩稳定概述 46
3.1.1 围岩稳定性的影响因素 46
3.1.2 围岩稳定性的分析方法 48
3.2 岩体结构与岩体结构类型 50
3.2.1 岩体结构 50
3.2.2 岩体结构类型 50
3.3 块状围岩的失稳特点 52
3.3.1 岩体的破坏机制 52
3.3.2 块状岩体的失稳特点 53
3.4 块状围岩不稳定块体的确定 54
3.4.1 赤平极射投影法原理 54
3.4.2 赤平极射投影基本作图方法 55
3.4.3 块状围岩不稳定块体的赤平极射投影确定方法 57
3.5 围岩初始应力场 61
3.5.1 初始应力场的构成 61
3.5.2 初始应力场的变化规律 62
3.5.3 地下工程设计中初始地应力的考虑 66
3.6 洞室开挖后力学状态的弹性分析 67
3.6.1 毛洞室的围岩应力状态 67
3.6.2 毛洞室的围岩位移状态 70
3.6.3 洞室支护后围岩及支护的应力状态 71
3.6.4 非圆形洞室围岩的应力状态 72
3.7 洞室开挖后力学状态的弹塑性分析 74
3.7.1 围岩的弹塑性破坏准则 74
3.7.2 轴对称条件下围岩的应力状态弹塑性分析 75
3.7.3 非轴对称条件下的围岩应力 79
3.7.4 轴对称条件下围岩位移的弹塑性分析 80
3.8 洞室开挖后力学状态的黏弹性分析 82
3.8.1 轴对称问题计算模型 82
3.8.2 轴对称条件下围岩变形的黏弹性分析 82
3.8.3 轴对称条件下支护结构变形的黏弹性分析 83
3.8.4 轴对称条件下支护结构与围岩相互作用力的确定 84
3.9 洞室围岩稳定性评价 86
3.9.1 块体冒落型失稳 86
3.9.2 岩石破坏型失稳 86
3.9.3 塑性变形型失稳 88
3.10 围岩压力理论 88
3.10.1 围岩压力的种类 88
3.10.2 变形压力计算 89
3.10.3 松动压力计算 94
第4章 围岩分级及工程类比法设计 100
4.1 围岩的工程性质 100
4.1.1 岩石的物理性质与水理性质 100
4.1.2 岩石的力学性质 101
4.1.3 岩体的力学性质 104
4.2 围岩分级 108
4.2.1 围岩分级方法的发展与类型 108
4.2.2 围岩的基本分级因素与指标 110
4.2.3 几种地下工程围岩分级方法 114
4.3 地下工程类比法设计 127
4.3.1 类比法设计的步骤与一般原则 128
4.3.2 基于围岩分级的工程类比法设计 130
4.4 模糊数学理论在工程类比中的应用 139
4.4.1 模糊集与模式识别 140
4.4.2 模糊综合评判 143
4.5 国内外部分已建地下工程设计参数汇总 148
第5章 各种形式支护结构的设计计算方法 154
5.1 喷锚支护结构设计计算 154
5.1.1 喷锚支护结构的特点及功能 154
5.1.2 块状围岩的喷锚支护设计 164
5.1.3 软弱围岩的喷锚支护设计 171
5.1.4 整体围岩的喷锚支护设计 177
5.1.5 层状围岩的喷锚支护设计 179
5.2 整体贴壁式衬砌结构设计计算 182
5.2.1 整体贴壁式衬砌上的作用荷载 182
5.2.2 半衬砌计算 185
5.2.3 直墙拱衬砌计算 201
5.2.4 曲墙拱衬砌结构计算 220
5.2.5 衬砌结构截面强度及基岩强度验算 224
5.3 离壁式衬砌结构设计计算 227
5.3.1 离壁式衬砌结构 227
5.3.2 离壁式衬砌结构计算简图 229
5.3.3 离壁式衬砌结构内力计算 230
5.3.4 离壁式衬砌结构计算实例 233
5.4 穹顶式衬砌结构设计计算 237
5.4.1 穹顶式衬砌结构及作用荷载 237
5.4.2 边墙计算 239
5.4.3 穹顶计算 243
5.4.4 支座环计算 249
5.4.5 底板计算 253
5.4.6 穹顶式衬砌结构内力计算 254
5.4.7 整体式穹顶衬砌结构的内力计算实例 257
5.5 复合式衬砌结构设计 263
5.5.1 复合式衬砌一般规定 263
5.5.2 复合式衬砌结构初期支护设计 264
5.5.3 复合式衬砌结构二次衬砌设计 264
5.5.4 二次衬砌施作时间的确定 264
5.5.5 复合式衬砌结构设计实例 265
第6章 地下工程数值分析方法及相关大型软件 267
6.1 地下工程常用数值分析方法 267
6.1.1 杆系结构有限元法 267
6.1.2 实体单元有限元法 267
6.1.3 边界元法 268
6.2 有限元法的一般原理及单元类型 268
6.2.1 有限元法分析问题的基本步骤 268
6.2.2 单元刚度矩阵 270
6.3 非线性有限元及岩土本构模型 277
6.3.1 非线性有限元 277
6.3.2 岩土本构模型 281
6.4 地下工程弹塑性有限元解法及施工过程模拟 288
6.4.1 弹塑性增量理论有限元解法 288
6.4.2 地下工程施工过程模拟 293
6.5 ANSYS软件应用及实例 295
6.5.1 ANSYS软件概述 295
6.5.2 ANSYS进行地下工程分析的相关技术 297
6.5.3 ANSYS链杆法地下结构分析实例 301
6.5.4 ANSYS二维地下开挖模拟分析实例 307
6.6 FLAC3D软件应用及实例 316
6.6.1 FLAC3D软件概述 316
6.6.2 FLAC3D进行地下工程分析的相关技术 317
6.6.3 FLAC3D软件应用实例 320
第7章 现场监控量测与超前预报 330
7.1 地下工程监控量测作用与类型 330
7.1.1 地下工程现场监控量测的必要性与作用 330
7.1.2 现场监控量测按获取信息分类 330
7.1.3 现场监控量测按监控对象分类 331
7.2 位移量测 331
7.2.1 洞室净空相对位移（收敛）量测 331
7.2.2 拱顶下沉量测 333
7.2.3 地表下沉量测 334
7.2.4 围岩内部位移量测 334
7.3 应力量测 336
7.3.1 锚杆轴力量测 336
7.3.2 钢支撑内力量测 337
7.3.3 围岩与支护间接触压力量测 338
7.3.4 喷射混凝土层应力量测 339
7.3.5 二次衬砌应力量测 340
7.4 现场监控量测方案设计 341
7.4.1 确定量测项目 341
7.4.2 选择量测手段和仪表 342
7.4.3 确定量测部位及布置测点 343
7.4.4 观测要求及频度确定 344
7.4.5 量测数据警戒值及围岩稳定性判断准则 345
7.4.6 监控量测管理 347
7.5 监控量测数据处理及工程实例 347
7.5.1 量测数据处理 347
7.5.2 工程实例 350
7.6 地下工程超前预报技术 353
7.6.1 地下工程超前预报方法 353
7.6.2 地质雷达GPR 354
7.6.3 隧道地震波探测TSP 359
第8章 地下工程反分析 362
8.1 位移反分析的基本理论 362
8.1.1 位移反分析求解方法 362
8.1.2 线性及非线性问题位移反分析 363
8.1.3 围岩压力的位移反分析 364
8.2 线弹性位移反分析及其应用 364
8.2.1 均匀初始应力场的位移反分析 364
8.2.2 非均匀地应力场的位移反分析 366
8.2.3 围岩压力的位移反分析 367
8.2.4 位移反分析算例 369
8.3 弹塑性位移反分析及其应用 369
8.3.1 弹塑性位移反分析目标函数 369
8.3.2 单参数的位移反分析 370
8.3.3 多参数的位移反分析 372
8.4 利用ANSYS软件进行地下工程位移反分析 374
8.4.1 ANSYS软件的优化设计简介 374
8.4.2 ANSYS进行地下工程位移反分析的算例 375
参考文献 381