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第1章 绪论1

1.1 研究背景与意义1

1.2 隧道信息化施工研究现状4

1.3 围岩与支护结构稳定性研究现状6

1.4 围岩岩爆防治研究现状11

1.4.1 岩爆烈度分级11

1.4.2 岩爆形成机理12

1.4.3 岩爆预测与预报13

1.4.4 岩爆防治16

1.5 围岩大变形防治研究现状17

1.5.1 大变形机制17

1.5.2 大变形预测18

1.5.3 大变形支护21

1.6 本书研究内容与主要成果22

参考文献25

第一篇 隧道信息化施工与围岩及支护结构稳定性37

第2章 信息化施工基本理论与方法概论37

2.1 新奥法基本原理与内容37

2.1.1 新奥法基本原理37

2.1.2 新奥法主要内容38

2.2 信息化施工概念模型38

2.3 施工地质跟踪调查与测试方法39

2.3.1 施工地质跟踪编录与测试40

2.3.2 反馈应用40

2.4 地应力测试与分析方法41

2.4.1 水压致裂测试法41

2.4.2 应力解除测试法42

2.4.3 Kaiser效应测试法42

2.4.4 地应力场的反演分析方法43

2.4.5 高地应力的判别方法43

2.5 围岩动态分级方法45

2.5.1 现状与问题45

2.5.2 施工阶段围岩分级法47

2.6 超前地质预报技术与方法47

2.6.1 地质调查与分析法48

2.6.2 地球物理探测法49

2.6.3 直接探测法52

2.6.4 综合分析法53

2.7 监控量测方法54

2.7.1 监控量测的目的和任务54

2.7.2 监控量测项目及测点埋设54

2.7.3 监测数据整理56

2.7.4 监测数据分析与反馈应用58

参考文献61

第3章 隧道地应力场与高地应力研究63

3.1 地应力测试及分析63

3.1.1 水压致裂法测试及分析63

3.1.2 钻孔应力解除法测试及分析72

3.1.3 声发射Kaiser效应测试及分析80

3.1.4 α杯测试及分析84

3.2 隧道区域构造应力场反演分析84

3.2.1 计算模型85

3.2.2 模拟结果及验证87

3.2.3 区域地应力特征89

3.3 隧道地应力场形成演化数值模拟分析90

3.3.1 计算模型90

3.3.2 模拟结果及验证91

3.3.3 地应力场形成演化过程及变化规律92

3.4 围岩高地应力分析与判别93

3.4.1 工程地质定性分析93

3.4.2 现场地应力测试定量判别94

3.4.3 应力场有限元模拟定量判别94

3.5 围岩二次应力测试方法与二次应力场特征研究95

3.5.1 围岩二次应力测试的W（改进）型门塞式应力恢复法95

3.5.2 围岩二次应力沿洞轴线方向分布特征100

3.5.3 围岩二次应力场的断面分布特征101

3.5.4 围岩二次应力与主要影响因素的相关性104

参考文献106

第4章 施工阶段隧道围岩分级方法及应用研究107

4.1 概述107

4.2 施工阶段围岩定性分级108

4.2.1 围岩定性分级指标选取108

4.2.2 围岩定性分级指标的快速获取方法108

4.2.3 泥巴山隧道施工阶段围岩定性分级方法112

4.3 施工阶段围岩定量分级114

4.3.1 围岩定量分级指标选取114

4.3.2 围岩定量分级指标的快速获取方法115

4.3.3 围岩定量分级的BQ法131

4.4 高地应力隧道围岩分级BQ-hg法及应用135

4.4.1 高地应力隧道围岩分级的BQ-hg法135

4.4.2 高地应力隧道围岩分级BQ-hg法应用137

4.5 施工阶段围岩智能分级方法及应用143

4.5.1 人工神经网络法143

4.5.2 模糊逻辑推理法149

4.5.3 支持向量机法154

4.6 围岩分级智能判别软件系统开发与应用157

4.6.1 系统设计157

4.6.2 软件开发158

4.6.3 软件应用160

参考文献161

第5章 隧道综合超前地质预报方法研究162

5.1 概述162

5.2 超前物探不良地质响应特征研究162

5.2.1 TSP对不良地质响应特征162

5.2.2 地质雷达对不良地质响应特征169

5.2.3 瞬变电磁法对不良地质响应特征188

5.2.4 BEAM法不良地质响应特征203

5.3 隧道不良地质综合超前地质预报方法及应用211

5.3.1 地质分析为主的综合预报体系211

5.3.2 不良地质综合预报模型214

5.3.3 综合预报方法在铜锣山隧道中的应用222

5.4 隧道超前地质预报软件开发及应用228

5.4.1 软件设计及功能228

5.4.2 软件开发230

5.4.3 应用案例232

参考文献235

第6章 围岩位移量测及参数反演分析236

6.1 围岩位移量测方法236

6.1.1 壁面位移量测236

6.1.2 多点位移计量测236

6.2 围岩收敛、拱顶下沉分析与稳定性判别237

6.2.1 鹧鸪山隧道量测分析237

6.2.2 二郎山隧道量测分析244

6.3 围岩内部位移分析与松动圈确定254

6.3.1 鹧鸪山隧道量测分析254

6.3.2 二郎山隧道量测分析258

6.4 围岩岩体力学参数反演分析260

6.4.1 位移反分析理论简介260

6.4.2 典型工程反演分析262

参考文献271

第7章 隧道围岩稳定性分析与评价272

7.1 围岩变形破坏特征272

7.2 围岩稳定性的块体理论分析276

7.2.1 块体稳定分析理论简介276

7.2.2 块体稳定性分析及评价277

7.3 围岩稳定性的数值模拟分析279

7.3.1 围岩稳定性的三维有限元分析279

7.3.2 围岩稳定性的动态跟踪分析284

7.3.3 岩体质量对围岩稳定性的影响分析288

7.4 围岩稳定性的监测信息反馈评价292

7.4.1 位移监测信息反馈评价292

7.4.2 支护结构监测信息反馈评价293

7.5 围岩稳定性综合评价及反馈应用296

参考文献298

第8章 隧道支护结构力学行为及安全性研究299

8.1 隧道支护结构受力特征现场监测299

8.1.1 Ⅴ级围岩段典型断面监测（LK22＋100）299

8.1.2 Ⅳ级围岩段典型断面监测（LK23＋605）305

8.2 隧道支护结构力学行为数值模拟309

8.2.1 地质与计算模型概述309

8.2.2 进口浅埋段施工过程数值模拟310

8.2.3 Ⅴ级围岩段施工过程数值模拟316

8.2.4 Ⅳ级围岩段施工过程数值模拟321

8.2.5 出口偏压段施工过程数值模拟326

8.2.6 小结333

8.3 隧道支护结构受力计算334

8.3.1 荷载结构法计算模型334

8.3.2 进口浅埋段支护结构计算337

8.3.3 Ⅴ级围岩段支护结构计算339

8.3.4 Ⅳ级围岩段支护结构计算341

8.3.5 出口偏压段支护结构计算343

8.4 隧道支护结构力学行为综合研究346

8.4.1 龙溪隧道支护结构变形破坏特征分析346

8.4.2 龙溪隧道支护结构力学行为综合分析349

8.4.3 龙溪隧道初期支护结构安全性评价354

8.4.4 龙溪隧道初期支护参数优化356

参考文献357

第二篇 隧道岩爆灾害及其防治361

第9章 岩爆发育特征与烈度分级研究361

9.1 二郎山隧道岩爆发育特征实录361

9.2 锦屏二级水电站隧洞岩爆实录364

9.3 其他典型工程岩爆实录378

9.4 岩爆发育特征及规律380

9.4.1 岩爆发育特征380

9.4.2 岩爆基本规律382

9.5 岩爆烈度分级问题388

9.5.1 岩爆烈度分级389

9.5.2 岩爆分级烈度方案对比391

参考文献392

第10章 岩爆形成机制及其地质力学模式研究393

10.1 岩爆形成条件及影响因素分析393

10.2 岩爆形成机制的岩石力学试验研究394

10.2.1 单轴压缩下岩石破坏后区破坏型式的试验研究394

10.2.2 岩爆倾向性指数测试研究398

10.2.3 岩石变形破裂机制的卸荷三轴试验研究402

10.3 岩爆岩石断口形貌及显微结构研究408

10.3.1 岩爆岩石断口电镜扫描分析408

10.3.2 岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析415

10.3.3 岩爆岩石显微结构分析417

10.3.4 岩爆机制的微观分析419

10.4 岩爆现象的物理模拟419

10.4.1 岩爆岩石物理模拟420

10.4.2 相似材料物理模拟423

10.5 岩爆机制的力学分析430

10.5.1 卸荷作用430

10.5.2 岩爆发生过程431

10.5.3 岩爆力学机制分析432

10.6 岩爆机制的地质力学模式435

参考文献438

第11章 岩爆预测研究440

11.1 地质综合分析与预测440

11.2 应力强度比分析与岩爆预测443

11.2.1 最大切向应力分析计算443

11.2.2 应力强度比预测448

11.3 强度应力比预测450

11.4 层次分析-模糊数学综合评判预测451

11.4.1 AHP-FUZZY综合岩爆预测模型452

11.4.2 工程应用457

11.5 神经网络综合分析与预测460

11.5.1 BP神经网络岩爆预测模型460

11.5.2 工程应用462

11.6 基于统计损伤力学的概率预测462

11.6.1 基于统计损伤力学的岩爆概率预测模型462

11.6.2 分析验证464

11.7 岩爆的洞室效应及预测465

11.7.1 岩爆尺寸效应典型现象465

11.7.2 岩爆尺寸效应分析预测467

11.7.3 岩爆洞室形态和尺寸效应探讨470

11.8 岩爆综合集成预测473

11.8.1 综合集成预测概念模型473

11.8.2 岩爆综合集成预测474

11.8.3 预测结果验证475

参考文献477

第12章 岩爆防治措施研究478

12.1 岩爆防治原则与常用措施478

12.1.1 岩爆防治原则478

12.1.2 改善围岩受力状态及物理力学性质479

12.1.3 释放和解除应力479

12.1.4 调整施工作业480

12.1.5 加固围岩措施480

12.2 改变爆破方式在岩爆防治中的作用482

12.2.1 炮眼布置482

12.2.2 周边眼控制爆破483

12.3 岩爆防治措施作用机理模拟484

12.3.1 不同喷层厚度加固方案模拟分析484

12.3.2 不同锚杆间距加固方案模拟分析488

12.3.3 不同锚杆长度加固方案模拟分析490

12.3.4 锚杆和喷层同时加固方案模拟分析493

12.4 岩爆防治方案494

参考文献498

第三篇 隧道大变形灾害及其防治501

第13章 隧道围岩大变形实例分析501

13.1 概述501

13.2 软岩类围岩大变形典型实例分析504

13.2.1 鹧鸪山隧道围岩大变形505

13.2.2 龙溪隧道围岩大变形510

13.2.3 国内外软岩类大变形实例对比分析518

13.2.4 小结520

13.3 结构型围岩大变形典型实例521

13.3.1 构造改造型围岩大变形521

13.3.2 浅表生改造型围岩大变形525

13.4 人工采掘扰动型围岩大变形典型实例527

13.4.1 铁山隧道围岩大变形527

13.4.2 麻子山隧道实例对比分析529

13.4.3 小结531

参考文献531

第14章 隧道围岩大变形机制与类型研究532

14.1 围岩大变形的定义532

14.2 围岩大变形的类型研究533

14.2.1 围岩岩性控制型（Ⅰ类）533

14.2.2 岩体结构控制型（Ⅱ类）535

14.2.3 人工采掘扰动控制型（Ⅲ类）535

14.3 围岩大变形的力学机制536

14.4 典型隧道围岩大变形机制剖析539

14.4.1 围岩大变形与地应力的相关性分析539

14.4.2 围岩大变形与软岩膨胀性的相关性分析540

14.4.3 围岩大变形与岩体结构的相关性分析542

14.4.4 围岩大变形与地下水软化的相关性分析543

14.4.5 隧道围岩大变形机制确定543

14.5 围岩大变形的分级研究544

14.5.1 隧道围岩大变形一般分级544

14.5.2 典型隧道围岩大变形分级546

参考文献546

第15章 围岩大变形预测预报研究548

15.1 大变形预测的基本问题548

15.2 地质综合分析与预测549

15.3 修正应力强度比预测553

15.3.1 修正应力强度比法553

15.3.2 工程应用555

15.4 模糊层次综合评判预测557

15.4.1 大变形模糊层次综合预测模型557

15.4.2 工程应用560

15.5 监控量测趋势分析与预测563

15.5.1 监控量测趋势分析法563

15.5.2 应用案例564

15.6 大变形综合分析预测566

15.6.1 大变形综合预测实施方案566

15.6.2 未开挖段大变形超前预测568

15.6.3 已开挖段围岩大变形预测570

参考文献572

第16章 隧道围岩大变形支护研究573

16.1 围岩大变形的支护原则和方法573

16.1.1 “围岩-支护”共同作用的力学原理573

16.1.2 围岩大变形支护原则576

16.1.3 围岩大变形设计思路578

16.1.4 围岩大变形支护方法578

16.2 围岩大变形与支护结构相互作用的数值模拟研究580

16.2.1 计算模型580

16.2.2 无支护计算结果581

16.2.3 锚杆支护计算结果582

16.2.4 喷混凝土支护计算结果584

16.2.5 钢拱架及钢筋混凝土仰拱支护计算结果585

16.2.6 联合支护计算结果585

16.2.7 超前管棚支护计算结果587

16.2.8 基于相互作用分析的典型隧道大变形整治方案589

16.3 隧道围岩大变形支护优化设计593

16.3.1 应力场对围岩变形和稳定性的影响593

16.3.2 支护结构参数对围岩变形和稳定性的影响596

16.3.3 基于相互作用分析的隧道大变形支护优化设计601

16.4 典型大变形的信息化设计与施工过程611

16.4.1 预设计概况611

16.4.2 施工中变更设计概况611

16.4.3 监控量测及大变形机制分析612

16.4.4 临时支护措施及效果613

16.4.5 理论计算及整治措施614

16.5 隧道大变形防治方案建议615

参考文献616