地下工程围岩稳定分析与设计理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郑颖人，朱合华，方正昌，刘怀恒 著

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• 岩土工程
• 稳定性分析
• 工程设计
• 数值计算
• 隧道工程
• 矿山工程
• 地基处理
• 岩石力学

出版社： 人民交通出版社

ISBN：9787114102493

版次：1

商品编码：11197319

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-12-01

用纸：胶版纸

页数：484

字数：794000

正文语种：中文

内容简介

　　《地下工程围岩稳定分析与设计理论》从力学理论与地下工程设计角度详细阐述了地下工程围岩稳定分析的解析解、数值分析和数值极限分析，包括岩体原岩应力、围岩应力的线弹性分析、弹塑性分析、黏弹塑性分析、弱面体分析、线弹性分析有限元法、弹塑性分析有限元法、结构面分析有限元法、动力分析有限元法、围岩有限元反分析法、地下工程分析软件介绍、有限元极限分析法、隧洞围岩破坏机理、围岩压力理论、隧洞设计方法等内容。
　　本书适用于岩土工程勘察、设计和施工人员，亦可供大专院校相关专业师生使用。

内页插图

目录

第1章 绪论
1．1 围岩稳定与围岩压力理论的发展和现状
1．2 围岩稳定与围岩压力理论的研究内容和方法
参考文献
第2章 原岩应力
2．1 概述
2．2 原岩应力的分类
2．3 原岩应力的分布规律与特征
2．4 影响原岩应力的主要因素
2．5 原岩应力的分析方法简述
2．6 原岩应力的测试方法简述
参考文献
第3章 围岩应力与变形的弹性分析
3．1 概述
3．2 线弹性理论平面应变问题基本方程
3．3 圆形隧洞围岩应力与变形的弹性分析
3．4 非圆形隧洞围岩应力与变形的弹性分析
参考文献
第4章 围岩应力与变形的弹塑性分析
4．1 概述
4．2 一点的应力状态和应变状态
4．3 塑性屈服准则
4．4 轴对称条件下围岩应力与变形的弹塑性分析
4．5 非轴对称情况下围岩塑性区边界线的近似计算
参考文献
第5章 围岩应力与变形的黏弹塑性分析
5．1 概述
5．2 几个常用的流变模型
5．3 流变问题的一般解法
5．4 圆形隧洞围岩应力与变形的黏弹性分析
5．5 围岩应力与变形的黏弹塑性分析
参考文献
第6章 弱面体围岩应力分析
6．1 岩体结构面的概述与分类
6．2 弱面屈服准则
6．3 圆形隧洞遍节理围岩塑性区应力的近似计算
6．4 圆形隧洞围岩塑性区边界线的近似计算
参考文献
第7章 岩石弹性分析有限元法
7．1 概述
7．2 有限元法的基本概念
7．3 平面问题的几种常用单元
7．4 岩石性态的模拟
7．5 开挖及施工过程的模拟
7．6 计算模型的建立及计算示例
参考文献
第8章 岩石弹塑性分析有限元法
8．1 岩石的变形破坏与非线性
8．2 弹塑性增量应力-应变关系
8．3 弹塑性模型
8．4 有限元非线性分析的基本方法
8．5 弹塑性分析的初应变法与初应力法
8．6 拉破坏的非线性分析
8．7 岩石黏弹塑性分析有限元法
8．8 算例及应用简介
参考文献
第9章 岩体结构面分析有限元法
9．1 岩体结构面特征
9．2 结构面特性及破坏形态
9．3 模拟结构面的单元
9．4 层状岩体的单元特性
9．5 岩体结构面的非线性模型
9．6 计算示例
参考文献
第10章 动力分析有限元法
10．1 概述
10．2 岩体动力有限元法的原理
10．3 岩体地下结构抗震计算
11．4 岩石隧道地震响应时程分析算例
参考文献
第11章 隧洞围岩有限元反分析法
11．1 概述
11．2 岩体隧洞的现场量测
11．3 考虑施工过程的增量有限元优化反分析法
11．4 偏压条件下隧洞衬砌荷载反分析法
11．5 岩土体抗剪强度参数反分析法
参考文献
第12章 适用于地下1程分析的软件介绍
12．1 ANSYS
12．2 F1AC
12．3 ABAQUS
12．4 P1AXIS
12．5 同济曙光（GeoFBA）
参考文献
第13章 有限元极限分析法及其在隧洞工程中的应用
13．1 概述
13．2 有限元极限分析法的原理
13．3 有限元极限分析法基本理论
13．4 有限元强度折减法在均质隧洞中的应用
13．5 均质隧洞安全系数计算
参考文献
第重4章 隧洞围岩破坏机理
14．1 概述
14．2 隧洞破坏机理
14．3 岩爆破坏机理
14．4 岩体隧洞块体稳定性分析
参考文献
第15章 围岩压力理论与计算
15．1 围岩压力分类与影响因素
15．2 围岩形变压力计算
15．3 松散压力计算
15．4 隧洞围岩分级及其建议
15．5 深埋隧洞围岩压力的经验公式
参考文献
第16章 隧洞设计计算
16．1 隧洞设计计算方法及基本原则
16．2 隧洞锚喷支护设计计算
16．3 土体隧洞设计计算
16．4 深埋岩体隧洞的设计计算
16．5 隧洞信息化设计与施工
16．6 地震作用下隧洞的稳定分析与设计计算方法研究
参考文献
名词索引
彩图

精彩书摘

　　第2章 原岩应力
　　2.1 概述
　　未受到任何工程扰动影响而处于自然平衡状态的岩体称为原岩，原岩中存在的应力称为原岩应力，亦称初始应力或地应力。原岩应力在岩体空间有规律的分布状态称为原岩应力场或初始应力场。原岩应力场呈三维状态有规律地分布于岩体中。人类在岩体表面或岩体内部进行的活动，扰动了原岩的自然平衡状态，使一定范围的原岩应力状态发生改变。变化后的应力则称为二次应力、扰动应力或次生应力。次生应力直接影响着岩体工程的稳定，为了控制岩体工程的稳定，必须明确次生应力，然而次生应力是在原岩应力基础上产生的。为此，首先要对原岩应力有一定的认识。
　　岩体的原岩应力，是指岩体在天然状态下所存在的内在应力，在地质学中，也称天然地应力或地应力。岩体的原岩应力主要是由岩体的自重和地质构造运动所引起的。由地壳构造运动在岩体中所引起的应力称之为构造应力，岩体的地质构造应力与岩体的特性（例如岩体中的裂隙发育密度与方向，岩体的弹性、塑性、黏性等）有密切关系，也与正在发生过程中的地质构造运动以及与历次构造运动所形成的各种地质构造现象（例如断层、褶皱等）有密切关系。此外，原岩应力还有如上覆岩体的重量所引起的自重应力、气温变化所引起的温度应力等，人类工程活动，比如筑坝、在岩体中开挖洞室，也会引起岩体中应力的变化，只是把这种情况下的应力状态称为重分布应力、二次应力或扰动应力。对于岩体工程来说，主要考虑自重应力和构造应力，二者叠加起来构成岩体的初始应力场。
　　地面和地下工程的稳定状态与岩体的原岩应力状态密切相关。岩体的原岩应力状况对岩体工程建设有重要影响，了解岩体的原岩应力对岩体中工程结构的设计和施工都是必要的。工程实践中，原岩初始应力状态对开挖引起的变形、支护的荷载以及对围岩稳定的影响是显著的。在岩体中进行开挖以后，改变了岩体的原岩应力状态，使岩体中的应力重新分布，引起岩体变形，甚至破坏。在高地应力地区，开挖后常会出现岩爆、洞壁剥离、钻孔缩径等岩体变形破坏现象。
　　……

前言/序言

岩石力学与工程应用：基础理论与实践探索 本书深入探讨了岩石力学的基础理论，并将其与实际工程应用紧密结合，旨在为土木工程、矿山工程、水利工程等领域的专业人士提供一套全面、系统的知识体系。我们将从岩石的宏观力学行为入手，逐步深入到微观结构与变形破坏的机制，最终落脚于工程实践中的岩体稳定性评价与加固设计。 第一部分：岩石力学基础理论 本部分将构建坚实的岩石力学理论基础。我们将首先介绍岩石的物理性质，包括密度、孔隙度、渗透性、弹性模量、泊松比等，并阐述这些性质如何影响岩体的力学响应。接着，我们将详细讲解岩石的应力-应变关系，涵盖弹性变形、塑性变形以及破坏准则。我们将分析岩石在单轴、三轴等不同应力状态下的力学行为，并介绍Mohr-Coulomb、Drucker-Prager等常用的岩石破坏准则，阐述其在不同岩石类型和加载条件下的适用性。 进一步地，我们将深入研究岩石的变形机理。重点将放在岩石的宏观力学行为与微观结构之间的关联。我们将探讨岩石中的裂隙、节理、层理等不连续面对岩体整体力学性能的影响，分析这些不连续面对应力传递、变形累积以及最终破坏路径的作用。我们将介绍岩石蠕变现象，分析温度、湿度、应力水平等因素对岩石蠕变行为的影响，并介绍蠕变本构模型。此外，对岩石的动力响应，例如地震波传播、冲击载荷下的行为也将有所涉及，为理解复杂工程环境下的岩体响应打下基础。 第二部分：岩体宏观力学行为与分析方法 在掌握了岩石的力学特性后，本部分将视岩体为一个整体，分析其宏观力学行为。我们将讲解等效介质理论，探讨如何将具有复杂不连续面的岩体等效为一个连续介质，从而简化分析。我们将介绍岩体变形的经典理论，如弹性理论在半无限空间、有限空间中的应用，以及位移和应力场的计算方法。 重点将放在岩体内部应力分布的分析。我们将讲解应力集中现象，分析结构面、洞室边界等对岩体内部应力场的影响，并介绍计算方法，如解析法、数值模拟法（有限元法、边界元法、离散单元法等）。不同数值方法的原理、适用范围以及在岩体稳定性分析中的应用将得到详细阐述。我们将讨论如何通过数值模拟预测岩体的变形量、应力分布以及潜在的破坏区域。 第三部分：地下工程围岩稳定性评价 本部分将理论与实践相结合，重点关注地下工程围岩的稳定性评价。我们将系统介绍岩体稳定性的评价方法，从定性评价到定量评价。定性评价方法将包括地质调查、现场观测、类比分析等，强调对工程地质条件的综合判断。定量评价方法将是本部分的重点，我们将介绍多种经典的稳定性评价模型，例如： 极限平衡法： 详细介绍各种基于极限平衡法的边坡稳定分析模型，包括滑动面假定、滑块模型、圆弧滑动、折线滑动等，并阐述其在地下洞室围岩稳定性分析中的演变和应用。我们将讨论洛克-比尔德法、 Bishop法、 Janbu法等经典方法的原理、适用条件及其计算过程。 基于强度折减法的数值模拟： 详细阐述强度折减法在地下工程围岩稳定性评价中的应用，如何通过逐渐降低岩体的强度参数来寻找岩体的极限承载能力，以及如何通过位移和应力场的突变来判断失稳点。 基于能量原理的分析方法： 探讨能量守恒原理在岩体稳定性分析中的应用，如引入势能概念，分析岩体在不同状态下的能量变化，从而判断其稳定性。 概率性稳定性评价： 介绍如何考虑岩体参数的随机性，运用概率统计方法进行稳定性评价，并讨论可靠度指标的计算。 我们将结合典型地下工程案例，详细讲解如何运用上述方法对围岩的整体稳定性、局部稳定性进行评价，并分析可能出现的失稳模式，如整体滑动、块体倾倒、岩爆等。 第四部分：地下工程围岩加固与设计理论 本部分聚焦于地下工程围岩的加固与设计理论，旨在为工程实践提供指导。我们将从围岩支护的目的和作用出发，介绍各种常用的支护形式和材料。 支护的基本原理： 详细阐述围岩支护的多种作用机理，包括： 主动加固： 如锚杆支护、喷射混凝土、钢拱架等，如何通过提供外部约束，提高围岩的自承能力，改变应力状态，形成“支护结构-围岩”共同作用的稳定体系。 被动防护： 如钢筋网、砌石护壁等，如何约束围岩变形，防止块体掉落，保护人员安全。 帷幕注浆和固结注浆： 介绍注浆的原理、不同注浆材料（水泥浆、化学浆）的特性，以及注浆在提高围岩整体性、防水性、承载力方面的作用。 锚杆支护系统设计： 深入探讨锚杆支护的设计理论，包括锚杆的受力机理、锚固体与岩体的粘结强度、锚杆的布置形式（梅花形、矩形）、锚固长度、锚杆参数（直径、数量、间距）的选择等。将详细介绍锚杆受力分析的理论方法，如“力的平衡法”、“拱效应分析法”以及数值模拟分析。 喷射混凝土与钢拱架支护： 分析喷射混凝土的作用（封闭岩体表面、形成承载拱、减少水分蒸发），以及其配合钢筋网、钢拱架形成的支护结构体系。讲解喷射混凝土厚度、钢筋网间距、钢拱架形式与间距的设计原则。 支护结构的受力分析与设计： 介绍如何将围岩与支护结构作为一个整体进行力学分析，设计支护结构的强度、刚度，以满足安全性和经济性的要求。 岩爆预测与防治： 针对高地应力地区常见的岩爆现象，将详细介绍岩爆的成因、预测方法（地应力测量、声发射监测、经验指标等），以及防治措施，如卸压孔、注水、缓释爆破等。 地下水对围岩稳定性的影响及控制： 深入分析地下水压力对围岩稳定性的不利影响，包括减小有效应力、软化岩体、引起渗透破坏等。介绍地下水的探测方法，以及截流、排水、注浆堵漏等地下水控制技术。 第五部分：案例分析与工程实践 本部分将通过一系列具体的地下工程案例，将前几部分介绍的理论和方法付诸实践。我们将选取不同类型的地下工程，如地铁隧道、水工隧洞、矿井巷道、地下厂房等，对它们的围岩地质条件、支护设计、施工过程以及稳定性监测等进行深入分析。通过对真实工程案例的剖析，读者将能够更直观地理解理论知识的应用，掌握解决实际工程问题的思路和方法，学习如何在复杂的地质条件下进行合理的围岩稳定分析与设计。 本书的编写力求深入浅出，理论严谨，内容详实，并结合工程实践，希望能为地下工程领域的科研人员、工程师以及相关专业的学生提供有价值的参考，共同推动地下工程技术的发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，那种厚重中透着坚韧的质感，似乎在无声地诉说着其中蕴含的知识的深度与广度。初翻开来，目录的编排就展现出极强的逻辑性，从基础的岩体力学原理到复杂的数值模拟方法，层层递进，脉络清晰，让人忍不住想立刻投入到阅读的海洋中去。我特别欣赏作者在引入新概念时所采取的详尽而严谨的论述方式，仿佛一位经验丰富的老教授，循循善诱，将那些原本晦涩难懂的理论知识，通过生动的类比和工程实例，化解得通俗易懂。尤其是一些关键的公式推导部分，每一步的逻辑跳跃都被处理得极为平滑，这对于我这样需要从头开始建立完整知识体系的读者来说，简直是太友好了。它不是那种空泛地罗列公式的教科书，而是真正致力于构建一个完整的、可操作的工程分析框架，读罢第一章，就已经对整个地下工程的受力环境有了全新的认知，对后续内容的期待值一下子拉满了。这种由表及里的设计处理，无疑为深入理解围岩稳定这一复杂课题打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度，绝对称得上是国内该领域的标杆之作。它不仅仅停留在对现有理论的复述与整理，更难能可贵的是，作者似乎融入了大量的个人原创性研究成果和第一手数据。特别是关于动态荷载作用下围岩的响应特性分析部分，其引入的非线性粘塑性本构模型，其复杂程度和模型的精确度，让我这个长期关注岩土工程前沿的学者都感到惊喜。章节之间的过渡，虽然看似平滑，实则暗藏玄机，每一个衔接处都似乎在暗示着作者在学术思想上的精妙布局。如果你想了解该领域最前沿的研究热点和尚未完全解决的难题，这本书无疑提供了一个绝佳的窗口。它不回避争议，反而坦诚地指出了现有模型的局限性，并指明了未来研究的方向，这种治学态度，令人肃然起敬。对于那些希望在地下工程领域深造，追求理论突破的研究人员而言，这本书简直就是一本不可或缺的“地图集”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，是一种知识的“溯源”之旅，让人能清晰地看到现代围岩稳定理论是如何从经典的经典力学基础逐步演化和完善起来的。作者并没有直接跳到复杂的现代方法，而是花费了相当的篇幅，梳理了那些奠定基石的历史性工作和经典理论的局限性，这种历史的纵深感，极大地提升了我们对当前设计规范的敬畏心和理解力。它教会我的不仅仅是“怎么算”，更重要的是“为什么这么算”的底层逻辑。例如，对于拱效应和围岩自承能力的评估，书中的论述深入到了材料宏观响应和微观结构破坏的尺度，这种跨尺度的分析视角，极大地拓宽了我的思维边界。读完之后，我感觉自己对地下工程安全性的理解，已经从一个操作层面的“执行者”，提升到了一个系统层面的“设计者”和“决策者”，这是一种质的飞跃，这本书的价值，远超出了单纯的技术手册范畴，它塑造的是一种科学的工程思维模式。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次与工程实践的深度对话，而非枯燥的理论学习。作者似乎非常懂得一线工程师在面对实际问题时的困惑与挑战，因此，书中对于各种典型支护结构失效模式的剖析，细致入微，入木三分。我尤其赞叹的是其对不同地质条件耦合效应的讨论，例如软弱围岩与高水压相互作用下的变形机理，这在很多泛泛而谈的参考资料中是难以找到如此精辟见解的。书中引入的若干新型稳定性评估指标，摆脱了传统方法的局限性，更贴近真实世界的非线性变化，这对于指导我们在面对复杂、非标准工程地质条件时，制定更为科学合理的加固方案，具有极其重要的指导意义。每当读到一个关键的设计原则时，我都会情不自禁地在脑海中勾勒出实际的隧道断面图，想象着支护如何抵抗那股无形的压力。这种强烈的画面感和代入感，是检验一本工程技术著作是否优秀的试金石，而这本书无疑是上乘之作，它真正做到了理论指导实践，而非高高在上。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的排版和图表质量，是我近期看到的专业书籍中处理得最为精良的之一。在涉及复杂的应力云图和变形监测数据可视化时，图例清晰，色彩运用得当，即使是那些三维有限元分析的结果，也能让人一眼抓住问题的核心所在。这对于辅助理解那些高维度的物理过程至关重要。我深知，一套严谨的计算体系，如果缺乏高质量的视觉辅助，其效果会大打折扣。这本书在这方面做得非常到位，大量的工程实测数据与理论计算结果并列展示，使得理论的可信度得到了强有力的佐证。更让我惊喜的是，书中的附录部分，竟然收录了部分常用计算软件的输入参数建议范围，这简直是为初学者和时间紧张的工程师提供了极大的便利，体现了作者极强的用户关怀意识。它不仅仅是一本知识的载体，更是一套工具书的升级版，随时可以翻阅并投入到实际工作流程中去。

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非圆形隧洞围岩应力与变形的弹性分析

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深埋岩体隧洞的设计计算

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