第1章 绪论 1
1.1 研究意义 1
1.2 研究现状 3
1.2.1 深埋软岩的定义和分类 3
1.2.2 深埋软岩的变形破坏机理 5
1.2.3 软岩力学试验方法 6
1.2.4 软岩力学本构模型 8
1.2.5 软岩工程稳定性分析 13
1.2.6 软岩工程稳定性控制理论与技术 14
1.3 主要研究内容和思路 17
第2章 深埋软岩的工程地质特征 19
2.1 软岩工程的一般工程地质特征 19
2.1.1 软岩的分类 19
2.1.2 软岩地下工程的变形特征 21
2.1.3 软岩地下工程的强度特征 22
2.2 深埋绿泥石片岩隧洞工程地质特征 22
2.2.1 工程概况 22
2.2.2 区域地质概况 23
2.2.3 深埋软岩洞段地层岩性和地质构造 24
2.2.4 深埋绿泥石片岩洞段工程地质条件 26
2.3 深埋煤系地层粉细互层砂岩巷道工程地质特征 31
2.4 小结 33
第3章 深埋软岩物理力学特性与试验方法 34
3.1 深埋绿泥石片岩的物理特性及试验 34
3.1.1 锦屏二级水电站深埋绿泥石片岩洞段概况 34
3.1.2 绿泥石片岩取样加工 34
3.1.3 绿泥石片岩的矿物成分 35
3.1.4 绿泥石片岩的细观结构 37
3.1.5 绿泥石片岩的密度、含水率和孔隙率 39
3.1.6 绿泥石片岩的膨胀性测试 40
3.1.7 绿泥石片岩的渗透性 41
3.2 深埋绿泥石片岩力学特性及试验 44
3.2.1 干燥和饱和条件下绿泥石片岩单轴压缩力学特性试验 44
3.2.2 干燥和饱和条件下常规三轴压缩力学特性 47
3.2.3 干燥和饱和条件下完整岩样直剪力学特性 49
3.2.4 干燥和饱和条件下单裂隙面岩样直剪力学特性 51
3.2.5 充填水泥浆单裂隙面岩样直剪力学特性 54
3.2.6 干燥和饱和条件下完整岩样的三轴流变试验 57
3.2.7 饱和化学溶液条件下绿泥石片岩力学特性 61
3.2.8 软化机理分析 64
3.3 深埋层状软岩的力学特性及试验 64
3.3.1 试验目的及方案设计 65
3.3.2 岩样性质和制备 66
3.3.3 层状岩石常规压缩试验研究 68
3.3.4 层状岩石巴西劈裂试验研究 81
3.4 小结 82
第4章 深埋软岩力学模型 85
4.1 绿泥石片岩力学参数演化分析与力学模型 86
4.1.1 试验结果分析与初始屈服位置的确定 86
4.1.2 内变量的定义 88
4.1.3 强度参数演化 89
4.1.4 剪胀特性与流动法则 91
4.2 绿泥石片岩力学模型的数值验证 94
4.3 互层状粉细砂岩横观各向同性应变软化力学模型的建立 96
4.3.1 初始屈服位置选择和塑性内变量定义 96
4.3.2 应变软化规律 96
4.3.3 剪胀特性与流动法则 101
4.4 互层状粉细砂岩力学模型的数值验证 105
4.4.1 层状岩石本构关系 105
4.4.2 屈服准则和塑性势函数 105
4.4.3 数值计算流程设计 108
4.4.4 算例验证 109
4.5 互层状粉细砂岩力学参数敏感性分析 112
4.5.1 参数敏感性分析方法 112
4.5.2 数值计算模型的建立 113
4.5.3 模型参数对围岩变形的影响分析 114
4.6 小结 116
第5章 深埋软岩工程变形特性与稳定性分析 117
5.1 锦屏二级水电站绿泥石片岩洞段变形特征与评价 117
5.1.1 绿泥石片岩洞段工程问题概况 117
5.1.2 开挖与支护情况 118
5.1.3 绿泥石片岩洞段上层开挖后围岩位移及锚杆应力监测 119
5.1.4 绿泥石片岩洞段二次扩挖前物探测试 125
5.1.5 绿泥石片岩洞段围岩变形扫描 133
5.1.6 绿泥石片岩洞段变形程度的评价 136
5.1.7 绿泥石片岩洞段支护原则及对策 139
5.2 济宁三号井深埋层状围岩变形特征与稳定性分析 140
5.2.1 济宁三号井深埋层状围岩基本情况 140
5.2.2 监测方案设计 142
5.2.3 巷道围岩深部位移监测成果分析 144
5.2.4 深部巷道表面收敛变形监测成果分析 146
5.2.5 巷道围岩开挖稳定性数值分析 148
5.3 小结 160
第6章 深埋软岩工程稳定性控制技术与优化 161
6.1 深埋绿泥石片岩挤压变形洞段围岩力学参数分析 161
6.2 深埋绿泥石片岩隧洞挤压变形洞段加固方案的研究 163
6.2.1 支护加固原则 163
6.2.2 支护加固方案 164
6.2.3 方案计算结果及对比分析 169
6.3 绿泥石片岩洞段落底开挖方案研究 174
6.3.1 中等挤压变形洞段落底开挖方案分析 176
6.3.2 严重挤压变形洞段落底开挖方案分析 180
6.3.3 落底开挖方案的评价 182
6.3.4 落底开挖方案结论与建议 183
6.4 绿泥石片岩地层落底过程中变形速率控制问题 184
6.4.1 变形曲线的类型 184
6.4.2 变形速率控制方法 185
6.5 绿泥石片岩洞段重点工程灾害问题的分析处理 189
6.5.1 大塌方洞段扩挖及落底开挖风险分析及应对策略 189
6.5.2 软硬共存洞段扩挖及落底开挖稳定性分析 197
6.5.3 绿泥石片岩洞段扩挖对隧洞变形影响效应分析 203
6.6 绿泥石片岩洞段工程问题处理效果 214
6.7 小结 215
第7章 深埋软岩隧洞衬砌结构研究 217
7.1 绿泥石片岩流变力学特征和力学模型的选取 217
7.1.1 室内试验所反映出的岩石流变特征 217
7.1.2 现场监测曲线所反映出的围岩流变特征 218
7.1.3 绿泥石片岩流变力学模型研究 218
7.2 深埋软岩隧洞围岩流变参数反演 221
7.3 深埋软岩隧洞围岩安全性及衬砌结构分析 224
7.3.1 衬砌浇筑完成初期的受力情况 224
7.3.2 长期内水入渗条件下的衬砌安全性分析 228
7.3.3 考虑内水入渗岩体软化的衬砌及围岩安全性分析 232
7.4 小结 237
参考文献 239