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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