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1 导言1

1.1 岩体与岩石的概念1

1.1.1 岩石与岩体的定义1

1.1.2 岩体与岩石的区别2

1.2 岩体破坏与岩体强度3

1.2.1 岩体破坏机制3

1.2.2 岩体强度研究方法5

1.3.2 岩体理论强度准则评述6

1.3.1 岩体强度理论的有关概念6

1.3 岩体强度理论研究现状6

1.4 Mohr-Coulomb 强度准则及其评述8

1.4.1 Mohr 强度理论8

1.4.2 Mohr-Coulomb 强度准则的内容9

1.4.3 用σ1-σ3表示的 Mohr-Coulomb 强度准则9

1.4.4 主应力空间上的 Mohr-Coulomb 强度准则10

1.4.5 Mohr-Coulomb 强度准则的应用特点11

1.6 Hoek-Brown 经验强度准则12

1.5 岩体非线性破坏特征12

1.6.1 狭义 Hoek-Brown 强度准则的内容18

1.6.2 狭义 Hoek-Brown 强度准则对岩体破坏的表述18

1.6.3 岩体抗剪强度包线19

1.6.4 对 Hoek-Brown 经验强度准则的评述21

1.6.5 广义 Hoek-Brown 经验强度准则21

1.6.6 Hoek-Brown 经验强度准则适用的应力条件22

1.7 选题依据、研究思路和方法23

1.7.1 经验强度准则在国外研究和应用现状23

1.7.2 选题依据、研究思路和方法25

1.8 主要研究内容27

2 岩体参数确定方法30

2.1 概述30

2.2 准则的4种重要表示形式30

2.2.1 Mohr-Coulomb 表示形式30

2.2.2 无量纲表示形式32

2.2.3 在主应力平面表示形式32

2.2.4 在主应力空间表示形式34

2.3 岩块单轴抗压强度确定方法36

2.3.1 单轴压力试验37

2.3.2 点荷载试验38

2.4 经验参数 m，s 确定方法40

2.4.1 查表估计40

2.4.2 室内岩块三轴试验统计确定41

2.4.3 直剪或大剪试验统计确定42

2.4.4 由岩体分类指标 RMR 和 Q 现场估算43

2.4.5 由岩体分类指标 RMI 估算46

2.4.6 声波测试技术估算经验参数48

2.5 经验参数 m，s 对岩体强度的影响50

2.5.1 参数 m 对岩体强度的影响50

2.5.2 参数 s 对岩体强度的影响51

2.6 对经验参数 m，s 含义的理解和再认识52

2.6.1 岩石自身性质对参数 m 取值的影响52

2.6.2 岩体质量对参数 m 取值的影响53

3.2 经验强度准则对岩体的分类54

3 岩体强度预测方法54

3.1 概述54

3.3 各向同性均质岩体强度预测56

3.3.1 单轴抗压、抗拉强度预测56

3.3.2 岩体或潜在破坏面抗剪强度预测56

3.4 结构面强度理论57

3.4.1 结构面强度理论研究现状58

3.4.2 分形特征确定结构面粗糙度系数 JRC 的方法59

3.4.3 结构面抗剪强度计算方法60

3.5 各向异性岩体强度预测61

3.5.1 含一组结构面各向异性岩体强度预测61

3.5.2 含两组或三组结构面各向异性岩体强度预测65

3.6 地下水对岩体强度的影响68

3.7 岩体变形模量的估算69

3.7.1 由岩体分类指标估算70

3.7.2 由纵波波速估算71

4.2 地应力分布规律72

4.1 概述72

4 在地下工程中的应用72

4.3 岩体初始应力状态确定方法74

4.3.1 地质力学的构造分析方法74

4.3.2 根据洞壁应力确定原岩应力74

4.3.3 现场地应力测量74

4.4 水平圆形隧洞围岩应力计算75

4.4.1 无压隧洞围岩应力计算75

4.4.2 有压隧洞围岩应力计算76

4.5.1 经典岩体力学理论中的围岩稳定性分析方法77

4.5 隧洞围岩稳定性分析方法77

4.5.2 基于 Hoek-Brown 强度准则的围岩稳定性分析方法78

4.5.3 算例分析79

4.6 弹塑性理论计算水平圆形隧洞的支护压力79

4.6.1 基本假设80

4.6.2 支护压力计算公式的推导80

4.6.3 塑性区半径计算公式的推导83

4.6.4 洞壁位移公式的推导83

4.6.5 考虑塑性区岩体体积扩容时的洞壁位移ΔR84

4.6.6 考虑岩体自重时对支护压力的修正85

4.6.7 算例分析86

4.6.8 对本方法的评价87

4.7 坚硬无裂缝有压隧洞最小上覆层厚度87

4.7.1 Hoek-Brown 强度准则确定上覆层厚度87

4.7.2 算例分析89

4.7.3 对方法的评价89

4.8.2 塑性区应力、半径计算公式的推导90

4.8.1 经典方法及其存在的问题90

4.8 弹塑性理论确定有压隧洞上覆层厚度90

4.8.3 有压隧洞上覆层厚度的计算方法91

4.8.4 算例分析92

4.8.5 对方法的评价93

4.9 经验强度准则确定圆形竖井极限深度93

4.9.1 竖井的围岩应力93

4.9.2 竖井极限深度的计算方法93

4.9.4 对理论的评价94

4.9.3 算例分析94

4.10 本章小结95

5 地下厂房洞室群岩爆预测与防治96

5.1 概述96

5.2 岩爆形成的基本条件97

5.2.1 能量储存的地质条件97

5.2.2 弹性应变能储集的应力条件97

5.2.3 能量释放的地质条件98

5.3.1 岩爆渐进性破坏过程99

5.3 岩爆形成机理99

5.2.4 岩爆形成的触发因素99

5.3.2 破坏机理与破坏准则100

5.3.3 经验强度准则对岩爆机制的判别100

5.4 岩爆预测预报方法综述101

5.4.1 岩爆预测预报的含义101

5.4.2 岩爆趋势预测方法102

5.4.3 短期预报常用方法103

5.5.1 水电站及地下厂房洞室群简介104

5.5 黄河拉西瓦水电站地下厂房洞室群岩爆趋势预测104

5.5.2 岩爆宏观预测105

5.5.3 岩爆预测判据选取106

5.5.4 岩爆可能发生部位及其强度级别108

5.5.5 岩爆防治措施初步建议110

5.6 本章小结114

6 岩质边坡稳定性分析116

6.1 概述116

6.2 边坡岩体中的应力分布特征116

6.2.1 岩坡应力场的基本特征117

6.2.2 影响边坡应力分布的主要因素117

6.3 岩坡变形机制与破坏模式117

6.3.1 斜坡变形破坏机制分类方法118

6.3.2 岩坡破坏模式划分方案120

6.4 经验强度准则研究岩坡稳定性的思路120

6.5 改进的 Sarama 非垂直条分法121

6.5.1 基本原理121

6.5.2 分析步骤122

6.5.4 尾矿坝稳定性评价124

6.5.3 经典算例124

6.5.5 在雅砻江右岸某边坡中的应用126

6.5.6 方法评述128

6.6 改进的楔体稳定性分析方法129

6.6.1 楔体稳定性分析的基本方法129

6.6.2 楔体破坏过程及稳定性计算131

6.6.3 改进的楔体稳定性分析方法132

7.2 单层岩基破坏模式的划分135

7 均质岩基极限承载力计算理论135

7.1 概述135

7.3 均质岩基极限承载力研究的思路和方法137

7.4 均质岩基极限承载力的极限平衡解138

7.4.1 计算模型138

7.4.2 极限承载力的 Bell 解138

7.4.3 极限承载力的 Hoek-Brown 解140

7.5 基于 Hoek-Brown 强度准则的滑移线理论体系141

7.4.4 承载力极限平衡解的应用特点141

7.5.1 Mohr-Coulomb 准则表述的滑移线方程142

7.5.2 基于 Hoek-Brown 强度准则的滑移线基本方程143

7.5.3 应力边界条件处理方法145

7.5.4 极限荷载的求解方法148

7.6 均质岩坡极限承载力的滑移线解148

7.6.1 理论依据148

7.6.2 计算步骤149

7.7 构建水平承载面均质岩基滑移线网的方法150

7.7.1 滑移线网分区150

7.7.2 滑移线网绘制方法150

7.7.3 方法评价151

7.8 高应力状态下均质岩基极限承载力的计算152

7.9 滑移线解的应用特点及其修正方法153

7.9.1 滑移线解的应用特点153

7.10 滑移线解算例分析154

7.10.1 算例1154

7.9.2 滑移线解的修正方法154

7.10.2 算例2155

7.11 滑移线解与极限平衡解的比较156

7.11.1 工程概况156

7.11.2 Bell 解计算结果156

7.11.5 与规范结果的比较157

7.12.1 双层岩基的破坏模式157

7.12 近水平双层岩基极限承载力计算理论157

7.11.4 滑移线解计算结果157

7.11.3 Hoek-Brown 解计算结果157

7.12.2 双层岩基极限承载力计算理论159

7.12.3 算例分析160

8 张性基础设计方法161

8.1 概述161

8.2 张性荷载在锚杆中传递的机理162

8.3 锚杆基本设计方法164

8.4.2 锥体破坏计算模型167

8.4.1 岩石锚杆破坏模式167

8.4 岩石锚杆容许抗拔力计算方法167

8.4.3 锚杆容许抗拔力估算168

8.4.4 锚杆设计步骤170

8.4.5 方法的应用特点171

8.5 张性基础设计方法171

8.5.1 张性基础破坏模式171

8.5.2 张性基础设计原理172

8.5.5 张性基础设计步骤173

8.5.4 基底岩体承载力验算173

8.5.3 圆锥台侧面岩体的抗力173

8.5.6 设计方法的应用特点174

8.6 对全长粘结锚杆设计方法的讨论175

9 广义嵌岩桩设计理论177

9.1 概述177

9.2 嵌岩桩工作性能研究178

9.2.1 嵌岩桩工作性能178

9.2.2 嵌岩桩荷载传递机理178

9.2.3 嵌岩桩破坏模式179

9.2.4 嵌岩桩承载力的影响因素180

9.3 嵌岩桩设计方法研究现状183

9.3.1 国外的研究情况184

9.3.2 我国现有规范中的设计方法及其评述185

9.4 嵌岩桩设计的思路187

9.5 嵌岩桩容许承载力确定方法188

9.5.1 容许承载力计算原则188

9.5.2 极限侧阻力确定方法189

9.5.3 极限端阻力计算理论191

9.6.1 桩顶位移计算理论研究现状193

9.6 桩顶位移计算理论193

9.6.2 桩顶位移理论计算模型194

9.6.3 弹性状态下弹性嵌岩桩的桩顶位移195

9.6.4 完全滑动状态下弹性嵌岩桩的桩顶位移196

9.6.5 刚性嵌岩桩的桩顶位移198

9.6.6 理论评述及桩-岩界面参数取值199

9.7 嵌岩桩设计的方法和步骤199

9.7.3 桩顶位移验算200

9.7.2 确定桩身混凝土强度200

9.7.1 确定桩径 B 和嵌岩深度 D200

9.7.4 调整设计参数201

9.8 嵌岩抗拔桩设计方法202

9.8.1 嵌岩抗拔桩可能破坏模式202

9.8.2 容许抗拔力确定202

9.8.3 圆锥台破坏时的岩体抗力203

9.8.4 桩顶位移计算理论204

9.8.5 嵌岩抗拔桩设计步骤205

9.9.1 嵌岩抗滑桩工作性能及破坏特征206

9.9 嵌岩抗滑桩设计方法206

9.9.2 理论计算模型207

9.9.3 桩顶位移计算理论208

9.9.4 单位桩长抗滑桩极限阻力计算方法209

9.9.5 横向极限承载力计算方法211

9.9.6 桩身最大弯矩及强度验算213

9.9.7 嵌岩抗滑桩设计步骤213

10.1 概述216

10 经验强度准则的可靠度分析理论216

10.2 岩体力学参数的概率统计方法217

10.2.1 岩体力学参数的概率统计方法217

10.2.2 常用概率分布函数的特性218

10.2.3 岩体力学参数检验方法220

10.3 可靠度计算的基本理论221

10.3.1 理论基础221

10.3.2 多正态变量情况可靠度求解方法222

10.3.3 多个非正态变量情况可靠度求解方法223

10.3.4 可靠度分析中的相关变量处理方法224

10.4 岩体强度参数σc、m、s 的统计特征225

10.4.1 岩块单轴抗压强度的统计特征225

10.4.2 经验参数 m，s 的统计特征226

10.5 二维岩体经验强度准则的可靠度分析227

10.5.1 假定参数正态独立下的可靠度计算228

10.5.2 经验参数 m，s 正态相关下的可靠度计算229

10.5.3 单轴抗压强度σc 非正态分布下的可靠度计算229

10.5.4 算例分析231

10.6.1 极限状态方程的建立232

10.6.2 随机变量统计特征的变换232

10.6 三维岩体经验强度准则的可靠度分析232

10.6.3 可靠度计算步骤234

10.6.4 算例分析235

11.2 基于经验强度准则的数值算法237

11.2.1 数值算法及 FLAC 软件简介237

11.1 概述237

11 对经验强度准则的补充237

11.2.2 FLAC 基本原理238

11.3 广义 Hoek-Brown 经验强度准则241

11.3.1 GSI 指标确定岩体经验参数的方法241

11.3.2 广义 Hoek-Brown 准则的 Mohr-Coulomb 表示形式242

11.4 非贯通裂隙岩体经验强度准则242

11.4.1 准则的内容243

11.4.2 经验参数的确定方法243

主要参考文献245