本书面向高应力大型地下洞室群稳定性分析理论与优化设计方法领域，针对高应力大型地下洞室群开挖中容易出现的围岩深层破裂、大面积片帮、大体积塌方、大深度松弛、大剪切变形等工程难题，系统阐述了高应力大型地下洞室群的优化设计方法、岩石力学试验与测试方法、稳定性分析与优化设计方法、变形破坏预警方法，以及围岩深层破裂、片帮、错动带变形破坏与柱状节理岩体卸荷松弛等分析预测与优化设计方法，介绍了这些理论和技术成功应用于白鹤滩水电站地下洞室群深层破裂、大面积片帮、软弱错动带变形破坏、柱状节理岩体松弛与塌方等关键稳定性难题的优化设计。
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冯夏庭,。现任东北大学校长，兼任国际地质工程联合会主席、中国岩石力学与工程学会理事长。在深部地下工程稳定性分析理论、设计计算方法、工程实验技术以及岩爆监测预警与动态控制等方面做出了突出贡献。荣获国际岩土力学计算机方法和进展协会杰出贡献奖。2019年当选中国工程院院士。
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 大型地下洞室群发展概况 1
1.2 大型地下洞室群的复杂地质环境条件 3
1.3 高应力大型地下洞室群稳定性分析与优化设计的研究进展 10
1.3.1 高应力强卸荷下大型地下洞室群围岩变形破坏机制 10
1.3.2 高应力大型地下洞室群围岩稳定性分析方法 12
1.3.3 高应力大型地下洞室群优化设计方法 14
1.3.4 高应力大型地下洞室群监测预警方法 15
1.3.5 高应力大型地下洞室群围岩动态反馈与优化控制技术 16
1.4 本书主要内容 17
参考文献 18
第2章 高应力大型地下洞室群工程设计方法 23
2.1 岩石工程设计方法 23
2.1.1 岩石工程流程式设计方法 23
2.1.2 模型与方法矩阵分类方法 25
2.2 高应力大型地下洞室群七步流程式设计 28
2.3 技术审查方法 34
2.3.1 大型地下洞室群工程区场地特征与约束条件分析审查方法 34
2.3.2 大型地下洞室群室内岩石力学试验技术审查方法 35
2.3.3 大型地下洞室群原位观测设计审查方法 36
2.3.4 大型地下洞室群稳定性动态优化设计的数值分析审查方法 38
参考文献 39
第3章 高应力大型地下洞室群典型工程 40
3.1 白鹤滩水电站地下洞室群 40
3.1.1 工程概况 40
3.1.2 厂址区域洞室群结构特征与工程地质条件 43
3.1.3 导流洞室群结构特征与工程地质条件 45
3.1.4 主要稳定性风险与设计难题 50
3.2 拉西瓦水电站地下洞室群 52
3.2.1 工程概况 52
3.2.2 厂址区域主要工程地质条件 54
3.2.3 主要稳定性风险与设计难题 56
3.3 锦屏二级水电站地下洞室群 57
3.3.1 工程概况 57
3.3.2 厂址区域主要工程地质条件 59
3.3.3 主要稳定性风险与设计难题 62
3.4 双江口水电站地下洞室群 64
3.4.1 工程概况 64
3.4.2 厂址区域主要工程地质条件 65
3.4.3 主要稳定性风险与设计难题 65
参考文献 68
第4章 高应力大型地下洞室群岩石力学试验与原位测试方法 69
4.1 工程区岩体三维地应力场识别方法 69
4.1.1 工程区岩体三维地应力测量方法 69
4.1.2 工程区岩体三维地应力反演分析流程 73
4.1.3 基于岩体应力型破坏的地应力特征估计方法 75
4.1.4 深切河谷区岩体三维地应力场非线性反演分析方法 77
4.1.5 实例分析：白鹤滩水电站右岸厂址区域三维地应力反演分析 80
4.2 高应力大型地下洞室群围岩变形破坏机制试验方法 91
4.2.1 高应力大型地下洞室群围岩取样方法 92
4.2.2 高应力大型地下洞室群围岩变形破坏机制的真三轴试验方法 95
4.2.3 高应力大型地下洞室群软弱构造带变形破坏机制的室内试验方法 97
4.3 高应力大型地下洞室群围岩原位破裂与松弛测试方法 106
4.3.1 高应力大型地下洞室群围岩内部破裂的数字钻孔摄像测试方法 106
4.3.2 高应力大型地下洞室群围岩微破裂的微震监测方法 109
4.3.3 高应力大型地下洞室群围岩松弛的声波测试方法 113
4.4 高应力大型地下洞室群围岩典型破裂模式的监测设计方法 115
4.4.1 高应力大型地下洞室群围岩深层破裂观测设计 115
4.4.2 高应力大型地下洞室围岩片帮破裂观测设计 115
4.4.3 软弱构造带影响下洞室围岩卸荷变形破坏原位观测设计 119
4.4.4 柱状节理岩体大深度时效卸荷松弛原位综合监测设计 124
参考文献 126
第5章 高应力大型地下洞室群稳定性分析与优化设计方法 128
5.1 高应力大型地下洞室群围岩破坏准则与力学模型 128
5.1.1 高应力硬岩真三轴破坏准则 129
5.1.2 高应力大型地下洞室群岩体弹脆塑性力学模型 130
5.2 岩体破裂程度评价指标 132
5.2.1 描述岩体破裂深度与程度的破坏度指标 132
5.2.2 岩体破裂程度应用方法 133
5.3 大型地下洞室群三维数值计算分析方法 135
5.3.1 高应力下复杂地质结构和大型地下洞室群三维建模概化方法 135
5.3.2 大型地下洞室群岩体力学模型选择与参数赋值方法 139
5.3.3 高应力大型地下洞室群开挖与支护过程数值模拟方法 140
5.3.4 实例分析：双江口水电站地下厂房数值计算模拟分析 143
5.4 大型地下洞室群岩体力学参数三维智能反演方法 151
5.4.1 多源信息融合的岩体力学参数三维智能反演原理 152
5.4.2 大型地下洞室群岩体力学参数三维智能反演技术要点 153
5.4.3 岩体力学参数三维智能反演流程 154
5.4.4 实例分析：白鹤滩水电站左岸地下典型洞段岩体力学参数反演 156
5.5 高应力大型地下洞室群开挖支护优化的裂化-抑制方法 158
5.5.1 高应力大型地下洞室群坚硬围岩破坏规律与特征 159
5.5.2 大型地下洞室围岩破裂控制的裂化-抑制方法 162
5.5.3 实例分析：拉西瓦水电站母线洞环向开裂抑制优化设计 167
5.6 高应力大型地下洞室群动态反馈分析方法 168
5.6.1 大型地下洞室群动态反馈分析与优化设计方法 169
5.6.2 实例分析：锦屏二级水电站地下厂房与母线洞交叉洞反馈分析
与优化设计 172
参考文献 176
第6章 高应力大型地下洞室群变形破坏预警方法 178
6.1 引言 178
6.2 基于微震监测的大型地下洞室群破坏预警方法 179
6.2.1 基于微震参数的围岩破裂风险预警方法 179
6.2.2 实例分析1：爆破开挖下白鹤滩水电站母线洞围岩破裂预警 181
6.2.3 实例分析2：白鹤滩水电站地下厂房区域C3错动带破裂预警 189
6.3 基于安全管理等级的大型地下洞室群变形预警方法 199
6.3.1 安全管理等级的预警指标 199
6.3.2 安全管理等级的使用方法 201
6.3.3 实例分析：锦屏二级水电站地下厂房围岩变形预警 202
参考文献 206
第7章 高应力大型地下洞室围岩深层破裂分析预测与优化设计 207
7.1 引言 207
7.2 高应力大型地下洞室围岩深层破裂机制 209
7.2.1 大型地下洞室围岩深层破裂应力路径 210
7.2.2 大型地下洞室围岩深层破裂机制 214
7.3 高应力大型地下洞室围岩深层破裂预测分析 224
7.3.1 描述大型地下洞室围岩深层破裂的力学模型与RFD指标 225
7.3.2 大型地下洞室围岩破裂深度随洞室分层分部开挖的演化规律 225
7.4 高应力大型地下洞室围岩深层破裂过程原位综合监测 230
7.5 高应力大型地下洞室围岩深层破裂控制的开挖支护优化设计 246
7.5.1 大型地下洞室围岩深层破裂开挖支护优化设计 247
7.5.2 实例分析 248
参考文献 251
第8章 高应力大型地下洞室群围岩片帮破坏分析与优化设计 253
8.1 引言 253
8.2 高应力大型地下洞室群围岩片帮破坏机制 255
8.2.1 基于表面扫描的片帮细观破裂机制 255
8.2.2 基于真三轴加卸荷试验的围岩片帮破坏机制 256
8.3 高应力大型地下洞室片帮风险预测与分析 267
8.3.1 高应力大型地下洞室围岩片帮风险预测 267
8.3.2 高应力大型地下洞室围岩片帮演化过程分析 272
8.3.3 高应力大型地下洞室围岩大面积片帮破坏特征与规律分析 287
8.4 大型地下洞室围岩片帮过程控制的开挖支护优化设计 298
8.4.1 开挖支护优化设计原则 298
8.4.2 实例分析 299
参考文献 308
第9章 高应力大型地下洞室群错动带变形破坏分析与优化设计 310
9.1 引言 310
9.2 高应力大型地下洞室群错动带变形破坏规律与机制 313
9.2.1 高应力卸荷下错动带变形破坏规律与机制 315
9.2.2 高应力大型地下洞室错动带岩体变形破坏机制分析 336
9.3 高应力大型地下洞室群错动带岩体变形破坏预测分析 340
9.3.1 错动带卸荷变形破坏力学模型 340
9.3.2 高应力大型地下洞室群开挖错动带岩体破坏演化过程预测 350
9.4 高应力大型地下洞室群错动带岩体变形破坏过程原位观测 356
9.4.1 错动带岩体结构-应力型塌方基本情况 356
9.4.2 错动带岩体应力-结构型塌方破坏时空演化过程 356
9.4.3 基于原位综合观测信息的错动带岩体破裂时空演化机制 364
9.5 高应力大型地下洞室群错动带岩体开挖与支护优化设计 366
9.5.1 错动带岩体变形破坏控制的开挖与支护优化 366
9.5.2 实例分析 368
参考文献 370
第10章 高应力隧洞柱状节理岩体卸荷松弛分析与优化设计 372
10.1 引言 372
10.2 柱状节理岩体结构特征现场调查分析 374
10.2.1 柱状节理岩体结构特征现场调查与统计分析 377
10.2.2 柱状节理岩体几何模型的生成方法 379
10.3 高应力隧洞柱状节理岩体大深度时效卸荷松弛原位综合观测 382
10.3.1 导流洞柱状节理岩体时效松弛原位观测 382
10.3.2 隧洞柱状节理岩体时效松弛分析 383
10.3.3 导流洞柱状节理岩体开挖过程中微震演化特征分析 386
10.4 高应力导流洞柱状节理岩体时效松弛预测分析 389
10.4.1 柱状节理岩体时效力学本构模型 390
10.4.2 导流洞柱状节理岩体参数多元信息智能反演 394
10.4.3 大型地下洞室柱状节理岩体时效松弛预测 399
10.4.4 实例分析：导流洞柱状节理岩体时效松弛预测与现场验证 400
10.5 隧洞柱状节理岩体大深度时效松弛控制的开挖支护优化设计 406
10.5.1 隧洞柱状节理岩体开挖支护优化设计 407
10.5.2 导流洞柱状节理岩体支护参数优化的实例分析 408
参考文献 418
第11章 白鹤滩水电站地下洞室群稳定性分析与优化设计 420
11.1 左岸地下洞室群稳定性分析与优化设计 420
11.1.1 左岸地下洞室群稳定性设计目标 420
11.1.2 左岸地下洞室群的场地特征与约束条件分析 421
11.1.3 左岸地下洞室群稳定性分析与围岩破裂防控设计策略 421
11.1.4 左岸地下洞室群稳定性初步分析与围岩破裂特征预测 423
11.1.5 左岸地下洞室群开挖与支护初步设计和变形破裂监测方案设计 432
11.1.6 左岸地下洞室群围岩破裂防控动态反馈分析与开挖支护优化设计 439
11.1.7 左岸地下洞室群设计效果验证 459
11.1.8 左岸地下洞室群稳定性设计技术审查 464
11.2 右岸地下洞室群稳定性分析与优化设计 468
11.2.1 右岸地下洞室群稳定性设计目标 468
11.2.2 右岸地下洞室群的场地特征与约束条件分析 469
11.2.3 右岸地下洞室群稳定性分析与围岩破裂防控设计策略 470
11.2.4 右岸地下洞室群稳定性初步分析与围岩破裂特征预测 471
11.2.5 右岸地下洞室群开挖与支护初步设计和变形破裂监测方案设计 479
11.2.6 右岸地下洞室群围岩破裂防控动态反馈分析与开挖支护优化设计 485
11.2.7 右岸地下洞室群设计效果验证 501
11.2.8 右岸地下洞室群稳定性设计技术审查 508
参考文献 513
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