目錄

1 緒論

1.1 選題背景及意義

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 巖石卸載力學(xué)行為與破壞機(jī)理研究

1.2.2 循環(huán)荷載作用下巖石宏觀力學(xué)特性研究

1.2.3 巖石細(xì)觀損傷演化特征研究

1.2.4 循環(huán)荷載作用下巖石本構(gòu)模型研究

1.3 研究?jī)?nèi)容

2 不同加卸載路徑下泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)特性研究

2.1 泥質(zhì)石英粉砂巖物理力學(xué)特性

2.1.1 試件制備及試驗(yàn)儀器

2.1.2 泥質(zhì)石英粉砂巖物理屬性

2.1.3 泥質(zhì)石英粉砂巖單軸壓縮力學(xué)特性

2.2 泥質(zhì)石英粉砂巖三軸加載破壞變形特性研究

2.2.1 試驗(yàn)路徑

2.2.2 粉砂巖三軸加載應(yīng)力�矐�(yīng)變關(guān)系

2.2.3 粉砂巖三軸加載力學(xué)參數(shù)分析

2.3 泥質(zhì)石英粉砂巖循環(huán)卸圍壓破壞力學(xué)特性分析

2.3.1 粉砂巖卸圍壓條件下應(yīng)力�矐�(yīng)變關(guān)系

2.3.2 粉砂巖卸圍壓力學(xué)參數(shù)分析

2.4 泥質(zhì)石英粉砂巖三軸加載與循環(huán)卸載破壞力學(xué)行為對(duì)比

2.4.1 粉砂巖加卸載破壞變形特性對(duì)比分析

2.4.2 粉砂巖加卸載破壞強(qiáng)度特性對(duì)比分析

2.4.3 粉砂巖加卸載破壞特征對(duì)比分析

2.5 循環(huán)卸圍壓路徑對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖破壞力學(xué)特性的影響

2.5.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比分析

2.5.2 卸圍壓路徑對(duì)粉砂巖破壞強(qiáng)度的影響

2.5.3 卸圍壓路徑對(duì)粉砂巖變形特性的影響

2.5.4 耗散能量分析

2.6 本章小結(jié)

3 三軸加卸載作用下花崗巖力學(xué)特性研究

3.1 花崗巖三軸加載破壞變形特性分析

3.1.1 單軸壓縮試驗(yàn)

3.1.2 三軸加載破壞變形特性

3.1.3 花崗巖能量轉(zhuǎn)化過(guò)程的研究

3.2 卸圍壓條件下花崗巖變形破壞特性分析

3.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

3.2.2 圍壓和卸載速率對(duì)花崗巖強(qiáng)度的影響研究

3.2.3 圍壓和卸載速率對(duì)花崗巖變形特征的影響研究

3.2.4 花崗巖加卸載破壞變形特性對(duì)比分析

3.3 三軸加卸載路徑下粉砂巖與花崗巖力學(xué)特性對(duì)比分析

3.3.1 加載路徑下巖石力學(xué)特性對(duì)比

3.3.2 卸圍壓路徑下巖石力學(xué)特性對(duì)比

3.4 花崗巖三軸循環(huán)加卸載力學(xué)特性分析

3.4.1 循環(huán)加卸載試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果

3.4.2 彈性模量和泊松比的演化過(guò)程研究

3.4.3 裂隙損傷應(yīng)力演化過(guò)程研究

3.4.4 巖石擴(kuò)容特性研究

3.5 花崗巖三軸循環(huán)加卸載能量耗散與損傷特征研究

3.5.1 能量耗散特征

3.5.2 能比演化特征

3.5.3 破碎耗能與摩擦耗能計(jì)算方法

3.5.4 破碎耗能比與摩擦耗能比演化特征

3.5.5 基于破碎耗能的損傷特征研究

3.6 本章小結(jié)

4 不同應(yīng)力區(qū)間循環(huán)荷載對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)特性的影響

4.1 基于階梯循環(huán)荷載下巖石能量的特征應(yīng)力確定方法

4.1.1 常用的巖石特征應(yīng)力確定方法

4.1.2 基于階梯循環(huán)荷載下巖石能量的特征應(yīng)力確定方法

4.1.3 特征應(yīng)力確定方法準(zhǔn)確性驗(yàn)證

4.2 不同循環(huán)上限荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖變形演化規(guī)律

4.2.1 試驗(yàn)方案

4.2.2 軸向和橫向殘余應(yīng)變演化規(guī)律

4.2.3 單調(diào)加載應(yīng)變比和疲勞極限應(yīng)變比變化特征

4.2.4 滯回環(huán)發(fā)展規(guī)律

4.3 不同循環(huán)上限荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)參數(shù)演化規(guī)律

4.3.1 強(qiáng)度和疲勞壽命變化特征

4.3.2 彈性模量和橫向�草S向應(yīng)變比演化規(guī)律

4.4 不同循環(huán)上限荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖聲發(fā)射演化規(guī)律

4.4.1 聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)和聲發(fā)射能量特征

4.4.2 聲發(fā)射頻譜特征

4.4.3 巖石疲勞破裂前兆特征

4.4.4 聲發(fā)射定位三維裂隙發(fā)展

4.5 本章小結(jié)

5 等幅循環(huán)加卸載歷史對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)特性的影響

5.1 循環(huán)上限荷載45kN下泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)特性

5.1.1 試驗(yàn)方案

5.1.2 變形演化規(guī)律

5.1.3 循環(huán)加卸載后的巖石峰值強(qiáng)度和擴(kuò)容點(diǎn)應(yīng)力

5.2 循環(huán)上限荷載45kN下泥質(zhì)石英粉砂巖聲發(fā)射特征

5.2.1 聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)及b值

5.2.2 聲發(fā)射震源時(shí)空演化規(guī)律

5.3 近疲勞強(qiáng)度循環(huán)荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖力學(xué)特性

5.3.1 試驗(yàn)方案

5.3.2 變形演化規(guī)律

5.3.3 加載、卸載柔量演化特征

5.3.4 基于循環(huán)擴(kuò)容點(diǎn)應(yīng)力的巖石峰值強(qiáng)度預(yù)測(cè)公式

5.4 近疲勞強(qiáng)度循環(huán)荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖聲發(fā)射特征

5.4.1 聲發(fā)射時(shí)序參數(shù)和頻譜特征

5.4.2 聲發(fā)射震源分布與巖樣破壞形態(tài)

5.5 本章小結(jié)

6 循環(huán)荷載對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖的弱化與強(qiáng)化機(jī)制

6.1 循環(huán)荷載下巖石強(qiáng)度強(qiáng)化與弱化機(jī)制

6.1.1 泥質(zhì)石英粉砂巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征

6.1.2 循環(huán)荷載對(duì)巖石的薄弱結(jié)構(gòu)斷裂效應(yīng)和壓密嵌固效應(yīng)

6.2 循環(huán)上限荷載對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖的強(qiáng)度影響機(jī)制

6.3 循環(huán)次數(shù)對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖的強(qiáng)度影響機(jī)制

6.3.1 上限荷載45kN下AE震源空間分形維數(shù)

6.3.2 上限荷載55kN下CT三維孔隙結(jié)構(gòu)

6.4 循環(huán)荷載對(duì)粉砂巖的劣化與強(qiáng)化作用機(jī)制

6.5 本章小結(jié)

7 循環(huán)荷載下引入巖石應(yīng)力�矐�(yīng)變動(dòng)態(tài)相位差的疲勞本構(gòu)模型

7.1 巖石應(yīng)力�矐�(yīng)變不同步效應(yīng)

7.1.1 循環(huán)荷載作用下巖石應(yīng)力�矐�(yīng)變不同步現(xiàn)象

7.1.2 循環(huán)荷載下泥質(zhì)石英粉砂巖應(yīng)力�矐�(yīng)變相位差

7.1.3 巖石應(yīng)力�矐�(yīng)變不同步響應(yīng)機(jī)制

7.2 考慮巖石應(yīng)力�矐�(yīng)變動(dòng)態(tài)相位差的疲勞本構(gòu)模型

7.2.1 疲勞與流變的同源性

7.2.2 基于分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的流變?cè)��?/p>

7.2.3 疲勞本構(gòu)模型的建立與求解

7.3 疲勞本構(gòu)模型適用性驗(yàn)證與參數(shù)分析

7.3.1 疲勞本構(gòu)模型對(duì)泥質(zhì)石英粉砂巖的適用性驗(yàn)證

7.3.2 疲勞本構(gòu)模型對(duì)北山花崗巖的適用性驗(yàn)證

7.4 基于理論模型的疲勞壽命預(yù)測(cè)

7.4.1 加速階段臨界損傷閾值及破壞失穩(wěn)判據(jù)

7.4.2 巖石疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果

7.5 本章小結(jié)

8 巖石卸載本構(gòu)模型與CWFS模型參數(shù)優(yōu)化研究

8.1 基于卸圍壓試驗(yàn)的巖體卸圍壓本構(gòu)模型研究

8.1.1 巖石卸載破壞強(qiáng)度準(zhǔn)則

8.1.2 巖石卸載本構(gòu)模型

8.2 花崗巖和粉砂巖三軸分級(jí)循環(huán)荷載損傷控制試驗(yàn)

8.2.1 試驗(yàn)方案

8.2.2 花崗巖與粉砂巖全應(yīng)力�矐�(yīng)變曲線

8.2.3 聲發(fā)射演化特征

8.2.4 基于離散元的應(yīng)力記憶效應(yīng)細(xì)觀響應(yīng)機(jī)制

8.2.5 巖石斷口細(xì)觀形貌特征

8.3 基于循環(huán)荷載參數(shù)定量的CWFS模型優(yōu)化研究

8.3.1 CWFS彈塑性本構(gòu)模型

8.3.2 CWFS模型參數(shù)優(yōu)化研究

8.3.3 基于Flac3D的模型驗(yàn)證

8.4 本章小結(jié)

9 基于多種判據(jù)的北山花崗巖巖爆傾向性研究

9.1 基于沖擊傾向性理論的巖爆傾向性分析

9.1.1 脆性指標(biāo)

9.1.2 彈性能量指標(biāo)

9.1.3 沖擊能指標(biāo)

9.1.4 RQD指標(biāo)

9.2 基于應(yīng)力�矎�(qiáng)度理論的巖爆傾向性分析

9.2.1 Russense判據(jù)指標(biāo)

9.2.2 Turchaninov判據(jù)指標(biāo)

9.2.3 Barton判據(jù)指標(biāo)

9.2.4 陶振宇判據(jù)指標(biāo)

9.2.5 二郎山判據(jù)指標(biāo)

9.3 基于灰色系統(tǒng)理論的巖爆傾向性研究

9.3.1 基于灰色關(guān)聯(lián)度的多指標(biāo)巖爆傾向性分析

9.3.2 GM(0，N)模型預(yù)測(cè)

9.3.3 基于聚類評(píng)估和關(guān)聯(lián)度篩選的預(yù)測(cè)方法

9.4 三向應(yīng)力下巖爆傾向性指標(biāo)研究

9.4.1 不同圍壓下巖爆傾向性指標(biāo)研究

9.4.2 加軸壓卸圍壓條件下巖爆傾向性指標(biāo)研究

9.5 基于數(shù)值模擬的預(yù)選區(qū)某硐室?guī)r爆傾向性研究

9.5.1 數(shù)值模擬建立

9.5.2 硐軸線與最大水平主應(yīng)力不同夾角情況下巖爆傾向性分析

9.5.3 不同深度情況下的巖爆傾向性分析

9.6 本章小結(jié)

10 玉磨鐵路曼木樹(shù)軟巖隧道開(kāi)挖大變形研究

10.1 曼木樹(shù)隧道地應(yīng)力測(cè)量

10.1.1 測(cè)點(diǎn)布置及現(xiàn)場(chǎng)情況

10.1.2 套孔巖芯圍壓率定試驗(yàn)

10.1.3 三維地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果及分析

10.2 曼木樹(shù)隧址區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)三維反演分析

10.2.1 初始地應(yīng)力場(chǎng)多元回歸數(shù)值計(jì)算方法

10.2.2 三維地質(zhì)模型的建立

10.2.3 地應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果計(jì)算

10.2.4 地應(yīng)力反演結(jié)果分析

10.3 隧道開(kāi)挖理論計(jì)算

10.3.1 大變形的定義與分級(jí)

10.3.2 軟弱圍巖的軟化理論

10.3.3 圍巖應(yīng)變軟化模型

10.3.4 隧道開(kāi)挖后二次應(yīng)力及位移狀態(tài)

10.4 曼木樹(shù)隧道開(kāi)挖支護(hù)穩(wěn)定性數(shù)值模擬分析

10.4.1 隧道開(kāi)挖模型概況

10.4.2 隧道圍巖位移分析

10.4.3 隧道圍巖應(yīng)力分析

10.4.4 初期支護(hù)安全性分析

10.5 不同因素對(duì)隧道穩(wěn)定性影響分析

10.5.1 側(cè)壓力系數(shù)影響效應(yīng)分析

10.5.2 埋深影響效應(yīng)分析

10.5.3 開(kāi)挖進(jìn)尺影響效應(yīng)分析

10.5.4 開(kāi)挖方式影響效應(yīng)分析

10.6 本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)