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1绪论1

1.1研究意义1

1.2锦屏二级水电站深埋引水隧洞和排水洞2

1.2.1工程总体布置2

1.2.2地质条件4

1.2.3施工情况10

1.2.4主要工程问题11

1.2.5需要研究解决的问题13

1.3研究现状15

1.3.1地应力场的识别15

1.3.2硬岩变形破坏机理试验研究18

1.3.3硬岩力学模型研究进展24

1.3.4硬岩强度准则研究进展27

1.3.5深埋隧洞（道）稳定性分析与设计方法34

1.4主要研究思路和内容47

2深埋硬岩隧洞动态设计方法52

2.1引言52

2.2岩石力学分析方法与岩石工程设计流程52

2.2.1岩石力学分析方法52

2.2.2岩石工程设计流程图53

2.3深埋硬岩隧洞的动态设计方法57

2.3.1深埋硬岩隧洞设计目标57

2.3.2场地、岩体和工程特征与约束条件识别59

2.3.3深埋硬岩隧洞全局设计方法策略建立61

2.3.4深埋硬岩隧洞分析设计方法和软件确定63

2.3.5深埋硬岩隧洞初步设计建立64

2.3.6深埋硬岩隧洞集成模型与反馈分析64

2.3.7深埋硬岩隧洞最终设计与验证65

2.4深埋硬岩隧洞设计技术审查方法65

2.4.1地应力场分析技术审查方法65

2.4.2岩石力学试验技术审查方法67

2.4.3深埋工程开挖过程现场原位综合观测试验技术审查方法69

2.4.4深埋硬岩隧洞数值分析技术审查方法70

3强烈构造背景区深埋长隧洞沿线地应力场分布规律识别方法73

3.1引言73

3.2具有强烈构造背景的深埋穿山隧洞沿线地应力场分析方法74

3.2.1基于构造地质、地形地貌分析的宏观地应力分析方法75

3.2.2基于多技术手段多源信息的局部地应力集成分析方法75

3.3锦屏二级水电站引水隧洞工程区地应力场宏观分布规律分析85

3.3.1工程区地质构造特征85

3.3.2工程区构造运动特征88

3.3.3工程区构造应力场的方向89

3.3.4地形对锦屏二级水电站引水隧洞沿线地应力场分布的影响90

3.3.5引水隧洞沿线地应力场的类型95

3.4锦屏二级水电站引水隧洞沿线局部洞段的地应力分析96

3.4.1锦屏二级水电站地质探洞和辅助洞的地应力测试成果分析97

3.4.2基于地应力测试成果的三维回归分析100

3.4.3基于现场围岩破坏和测试数据的地应力大小和方向分析106

3.5锦屏二级水电站隧洞沿线典型洞段地应力的验证117

3.5.1引水隧洞、辅助洞和施工排水洞横剖面117

3.5.2连接支洞和施工支洞横剖面127

3.5.3验证结果132

3.6地应力场分析技术审查134

3.7小结136

4高应力强卸荷下硬岩变形破坏机制及其力学模型139

4.1引言139

4.2高应力下硬岩加卸荷试验研究方法140

4.2.1硬岩三轴循环加卸轴压试验方法140

4.2.2硬岩三轴围压卸荷试验方法145

4.2.3硬岩真三轴加卸荷试验方法147

4.2.4硬岩加卸荷试验与力学模型研究思路151

4.3深埋大理岩加、卸荷变形和破坏规律152

4.3.1深埋大理岩典型变形破坏特征152

4.3.2深埋硬岩强度特性169

4.3.3深埋大理岩力学参数演化规律177

4.4深埋大理岩围压卸荷下变形破坏机制196

4.4.1卸荷速率控制机制196

4.4.2卸荷初始损伤控制机制206

4.4.3卸荷路径控制机制214

4.4.4卸荷试验研究的工程指导意义219

4.5硬岩强度准则224

4.5.1不同应力路径下硬岩强度共性特征224

4.5.2广义多轴应变能准则基本理论225

4.5.3广义多轴应变能强度准则验证229

4.5.4 GPSE强度准则Mohr参数表示形式233

4.5.5关于GPSE准则的一些讨论234

4.6硬岩弹塑性硬化软化模型235

4.6.1屈服准则、塑性势函数及加卸载条件236

4.6.2硬化-软化规律237

4.6.3 GPSEdshs本构模型的数值实现242

4.6.4 GPSEdshs本构模型验证246

4.7三轴压缩加卸载试验技术审查254

4.8小结与讨论261

5深部围岩裂化过程的原位综合观测试验264

5.1引言264

5.2深埋硬岩隧洞围岩裂化过程原位综合观测试验方法264

5.2.1基本原则和思想264

5.2.2围岩变形测试方法265

5.2.3岩体裂隙演化规律原位观测方法267

5.2.4岩体弹性波测试方法269

5.2.5围岩破裂声发射测试271

5.2.6深埋硬岩隧洞围岩裂化过程原位综合观测试验方法272

5.3深埋硬岩隧洞开挖围岩裂化过程的原位综合观测试验274

5.3.1试验洞群工程地质条件和基本情况274

5.3.2原位试验方案与监测设施布置276

5.4深埋硬岩隧洞裂化过程原位综合观测试验结果与分析279

5.4.1 TBM掘进隧洞原位综合观测试验结果与分析279

5.4.2钻爆法施工隧洞原位测试结果与分析288

5.5现场原位综合观测试验技术审查293

5.6深埋硬岩隧洞围岩裂化过程机制分析296

5.6.1开挖损伤区大小影响因素与规律296

5.6.2开挖损伤区形成演化与施工的关系298

5.6.3深埋硬岩隧洞裂化过程的长期时效特征分析304

5.6.4深部岩体岩芯饼化特征305

5.6.5深埋硬岩隧洞裂化过程机制分析及总体认识310

6深埋硬岩隧洞（道）稳定性分析与支护设计方法312

6.1引言312

6.2深埋硬岩隧洞（道）围岩裂化过程和程度分析与评价方法315

6.2.1深埋硬岩隧洞（道）围岩稳定性数值模拟方法315

6.2.2破坏接近度（FAI）的基本理论及应用方法318

6.2.3基于松动圈-位移增量的高地应力地下工程岩体力学参数智能反演方法330

6.3深埋硬岩隧洞（道）破坏模式分类及调控策略332

6.3.1深埋硬岩隧洞（道）破坏模式分类原则332

6.3.2深埋硬岩隧洞（道）破坏模式分类333

6.3.3典型破坏模式的发生机理334

6.3.4典型破坏模式的调控策略347

6.4深埋硬岩隧洞（道）锚杆支护设计方法349

6.4.1研究思路350

6.4.2砂浆锚杆的加固机理分析351

6.4.3锚杆-围岩复合结构体的力学参数确定方法354

6.4.4砂浆锚杆加固效果的数值模拟方法358

6.4.5永久锚杆支护设计359

6.4.6锚杆参数对围岩稳定性的影响368

6.5深埋硬岩隧洞衬砌支护设计方法375

6.5.1衬砌模拟方法376

6.5.2深埋硬岩隧洞运行期衬砌安全性分析方法378

6.6锦屏二级水电站引水隧洞施工前围岩稳定性分析、预测与控制381

6.6.1施工前岩体力学参数反演381

6.6.2施工前隧洞最小安全间距分析401

6.6.3施工前典型洞段围岩稳定性分析与预测406

6.6.4施工前典型洞段支护参数优化415

6.6.5引水隧洞衬砌结构安全性分析与评价420

6.7深埋隧洞围岩稳定性分析与支护设计优化技术审查432

6.8小结435

7深埋硬岩隧洞围岩稳定性动态反馈分析、预测与调控方法437

7.1引言437

7.2深埋硬岩隧洞围岩稳定性的动态反馈分析、预测与调控方法437

7.3锦屏二级水电站引水隧洞施工期典型洞段围岩稳定性动态反馈分析、预测及调控442

7.3.1施工期典型洞段地质条件推测444

7.3.2施工期典型洞段地应力及岩体力学参数445

7.3.3相邻隧洞围岩的稳定性448

7.3.4待开挖洞段围岩稳定性分析与预测450

7.3.5待开挖洞段可能的破坏模式及支护控制建议455

7.3.6典型洞段推测地质条件与实际揭露情况对比458

7.3.7典型洞段开挖后揭露的围岩稳定性与预测结果的对比459

7.3.8典型洞段开挖后实际实施支护控制效果评价469

7.3.9典型洞段开挖后地应力及岩体力学参数的复核473

7.4锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定问题现场动态调控的典型案例474

7.4.1引（4）13+800洞段断面北侧边墙围岩稳定性动态调控474

7.4.2 TBM施工隧洞不良地质段围岩变形问题分析及调控485

7.4.3 TBM恢复洞对4#隧洞围岩稳定性的影响及调控499

7.5锦屏二级水电站深埋隧洞围岩稳定性动态反馈分析与调控的总体效果510

7.6深埋隧洞围岩动态反馈分析与设计优化技术审查515

7.7小结与讨论518

参考文献520