巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非均称控制机理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:煤炭工业出版社

作者:樊克恭

出品人:

页数:221 页

译者:

出版时间:2004年01月

价格:28.0

装帧:平装

isbn号码:9787502024109

丛书系列:

图书标签:

• 巷道围岩
• 弱结构
• 破坏失稳
• 非均称控制
• 岩土工程
• 矿山工程
• 数值模拟
• 力学分析
• 安全控制
• 工程实践

《巷道围岩弱结构破坏失稳分析与非均称控制机理》 一、 前言 地下工程，尤其是煤矿巷道，其安全稳定运行是矿业生产的基石。然而，巷道围岩的复杂性、地质条件的非均一性以及采矿活动带来的应力扰动，使得巷道围岩的破坏失稳成为一个长期困扰工程界的难题。传统的巷道支护设计往往侧重于整体刚度的增强，对围岩内部弱结构的存在及其对整体稳定性的影响认识不足，对于非均一应力场作用下弱结构所引发的破坏机理也缺乏深入的理解。 本书正是针对上述挑战，系统性地深入探讨巷道围岩的弱结构破坏失稳机理，并在此基础上，提出了非均称控制这一全新的理念与方法。本书旨在为巷道围岩的稳定分析和支护设计提供一套更为精细化、智能化、高效化的理论指导和技术支撑，从而有效提升地下工程的安全性和经济性。 二、 巷道围岩弱结构的认识与表征 围岩的“弱结构”并非简单指低强度岩石，而是指岩石体内部存在一系列结构面（如节理、裂隙、层理、劈理、断层等）或其组合，这些结构面在宏观上构成了岩石体的整体强度较低、易于发生破裂的薄弱环节。这些弱结构的存在，极大地改变了围岩的变形和破坏模式。 本书将从以下几个方面对巷道围岩的弱结构进行详细的阐述： 1. 弱结构的类型与成因： 原生结构面： 记录了岩石形成过程中经历的地质作用，如沉积层理、火山岩的节理、变质岩的劈理等。 构造结构面： 由地壳运动形成，包括节理、裂隙、断层、剪切带等。这些结构面的形态、密度、产状、充填物性质等对围岩的力学行为具有决定性影响。 风化与水的作用： 围岩表面的风化作用、地下水的长期渗透与侵蚀，也会在岩石内部形成次生裂隙，并改变原有结构面的性质。 采矿扰动： 采掘活动产生的应力集中和卸荷作用，会在围岩中诱发新的裂隙，或使原有裂隙张开、贯通。 2. 弱结构的几何形态学特征： 产状： 结构面的倾角、倾向，以及与巷道轴线、围岩采场边界的相对位置。 密度与间距： 单位体积内结构面的数量，或结构面之间的平均距离。 连通性： 结构面是否相互贯通，形成优势破裂路径。 尺寸与规模： 单个结构面的延伸长度、宽度等。 3. 弱结构的力学性质： 摩擦角与粘聚力： 结构面两侧岩石之间的相对滑动阻力。 张开度与饱水度： 结构面的张开程度，以及是否有水充填，这会显著影响结构面的力学强度和渗透性。 充填物性质： 结构面内的黏土、砂石等充填物的性质，对结构面的强度和变形特性有重要影响。 4. 弱结构的识别与评价方法： 野外地质调查： 详细的钻孔取芯、巷道壁暴露岩体的地质勘察，记录结构面的各项参数。 室内试验： 对岩石和结构面进行直剪试验、直拉试验、单轴压缩试验等，获取其力学参数。 地球物理探测： 利用地震波、电阻率等方法，间接识别围岩中的结构面展布。 数值模拟技术： 基于GIS、CAD等软件，建立围岩三维地质模型，可视化弱结构的分布。 三、 巷道围岩弱结构破坏失稳机理分析 弱结构的存在，使得围岩的破坏不再是整体均匀的屈服，而是沿着预设的薄弱环节发生定向、定向的破裂。本书将重点分析以下几种典型的弱结构控制下的破坏失稳模式： 1. 块体滑动与倾倒： 受控于结构面的产状： 当结构面的倾角和倾向与巷道开挖面形成有利的滑动或倾倒组合时，岩石块体将沿结构面发生失稳。 受控于结构面的连通性： 多个相互贯通的结构面形成“滑动岩块”，当岩块的重力或侧压力克服结构面的抗滑阻力时，将发生滑动。 巷道开挖对块体稳定性的影响： 巷道开挖释放了围岩的应力，为块体的滑动提供了条件。 2. 张拉破坏与崩塌： 巷道顶部的张拉区： 巷道开挖后，顶部围岩会出现张拉应力区，若存在垂直或近乎垂直的节理，易发生张拉破裂，导致岩石片状或块状崩塌。 侧向卸荷产生的张拉： 巷道侧壁的卸荷作用也可能在局部引发张拉，尤其是在含有水平裂隙的岩体中。 3. 剪切破坏与挤压： 结构面内的剪切： 当围岩承受的剪切应力超过结构面强度时，结构面内发生剪切滑移，导致岩石块体的相互错动。 岩桥的剪切破坏： 在结构面之间的连接处，岩石桥（岩桥）承受剪切力，当岩桥强度不足时，将发生剪切破坏，导致结构面连通。 围岩的侧向挤压： 在巷道侧壁，尤其是在深部高地应力条件下，岩体可能发生整体或局部的侧向挤压，导致岩石变形和破坏。 4. 组合破坏模式： 在实际工程中，单一的破坏模式往往难以完全解释围岩的失稳现象。更多情况下，是多种破坏模式的组合，例如，顶部的张拉崩塌与侧壁的滑动破坏同时发生。 本书将基于离散元数值模拟方法，模拟围岩在弱结构作用下，不同应力状态下的破坏演化过程，揭示复杂组合破坏的机制。 四、 非均称控制机理与方法 传统的巷道支护设计往往追求“全面稳定”，试图用相同的支护强度覆盖整个围岩区域。然而，围岩的非均一性和弱结构的存在，意味着其内在稳定性并非均匀分布，存在“强点”与“弱点”。“非均称控制”正是基于此理念，提出了一种更加精细、定向、高效的控制策略。 1. 非均称控制的理论基础： 差异化稳定性分析： 识别围岩体中存在的薄弱区域，评估其失稳风险等级。 应力与变形的定向调控： 通过局部、有针对性的支护措施，改变围岩的应力分布和变形特征，将潜在的破坏向有利方向引导，或直接阻止其发生。 “以柔克刚”与“刚柔并济”： 并非一味地采用高强度刚性支护，而是根据围岩弱结构的特点，采用能够与之协同作用的柔性或半刚性支护，或者在关键薄弱区域采用针对性强化。 2. 非均称控制的具体方法： 锚杆支护的智能化应用： 锚杆孔位与锚固力的非均一设计： 针对不同区域的弱结构特征，优化锚杆孔位布置、锚固力大小，提高锚杆支护的针对性。 锚杆的“主动”加固： 结合预应力锚杆、组合锚杆等技术，主动调整围岩应力，限制弱结构面的滑动。 锚杆支护网络化协同： 分析锚杆之间的相互作用，形成整体有效的支护网络，协同抵抗围岩的整体失稳。 喷射混凝土与钢筋网的协同： 局部厚度与增强的调整： 在结构面发育密集或强度低的区域，增加喷射混凝土厚度或钢筋网密度，形成区域性强化。 纤维喷射混凝土的应用： 利用纤维的韧性，提高喷射混凝土的抗拉、抗裂性能，有效封闭和约束结构面的张开。 新型支护材料与结构的应用： 高强高韧性材料： 研发和应用具有更高强度和更好韧性的支护材料，如高性能喷浆、新型复合材料等。 智能化与自适应支护： 探索能够根据围岩变形和应力变化自动调整支护参数的智能化支护系统。 围岩“自稳定”能力的挖掘与增强： 预留“岩梁”与“岩桥”： 在设计中，有意识地保留部分完整的岩石结构，利用其自身的强度来支撑围岩。 注浆加固弱结构： 针对结构面的张开、充填不良等问题，采用注浆技术，封堵裂隙，提高结构面的粘聚力和摩擦力。 3. 非均称控制的实施流程与评价： 精细化地质勘察与风险评估： 建立围岩弱结构数据库，进行多尺度、多参数的风险评估。 个性化支护方案设计： 基于风险评估结果，为不同区域的巷道围岩制定差异化的支护策略。 动态监测与反馈调整： 引入先进的围岩监测技术（如位移计、应力计、声发射等），实时掌握围岩变形和应力变化，并根据监测数据及时调整支护措施。 事后评估与经验总结： 对支护效果进行全面评估，总结经验教训，不断完善非均称控制的理论与技术体系。 五、 本书的创新性与应用价值 本书的创新性体现在： 1. 理论层面： 弱结构理论的深化： 突破传统将围岩视为均质体的局限，系统阐述弱结构在围岩力学行为中的核心作用。 非均称控制理念的提出： 首次系统性提出并论证了“非均称控制”的理论体系，为巷道围岩稳定控制提供了新的视角。 机理与方法的紧密结合： 将弱结构破坏的微观机理分析与宏观的非均称控制方法紧密联系，实现理论指导实践。 2. 技术层面： 精细化分析工具的应用： 引入先进的离散元数值模拟等技术，实现对弱结构复杂破坏过程的精确模拟。 支护设计的智能化与个性化： 提出了一系列针对弱结构的差异化、智能化支护设计理念和方法。 监测与反馈的闭环系统： 强调动态监测在支护决策中的重要性，构建了“设计-实施-监测-调整”的闭环控制体系。 本书的应用价值在于： 显著提升巷道安全稳定性： 通过对弱结构破坏机理的深入理解和非均称控制策略的应用，可以更有效地预防和控制围岩失稳，降低安全事故发生的概率。 优化支护成本与资源配置： 避免了“一刀切”的过度支护，将支护资源集中用于最需要加固的薄弱区域，从而实现经济效益最大化。 指导新型支护技术的发展： 为研发更具针对性、智能化、高效化的新型巷道支护材料和装备提供了理论基础。 推动地下工程向更高水平发展： 助力煤矿、隧道、地下工厂等各类地下工程向更深、更大、更复杂的条件下安全可靠地发展。 六、 结论 巷道围岩的稳定问题，归根结底在于如何理解和控制围岩体内普遍存在的弱结构。本书提出的“非均称控制”理念，正是对这一挑战的积极回应。通过对弱结构破坏失稳机理的深度解析，结合先进的分析技术和创新的支护方法，我们有能力构建更加安全、经济、可持续的地下工程。本书的出版，希望能为广大工程技术人员和科研工作者提供有益的参考，共同推动地下工程技术迈上新的台阶。

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阅读完前几章，我深切感受到作者在研究方法上的独到之处和严谨态度。不同于传统的研究往往聚焦于理想化的均匀介质模型，这本书似乎着重探讨了现实工程环境中那些“不完美”和“非标准”的状况。那种对“弱结构”的细致刻画，让我联想到许多工程现场中那些难以预测的突发性失稳事件。作者没有回避这些复杂性，反而将其作为核心研究对象，这本身就是一种学术上的勇气。我尤其关注到对“非均称控制机理”的论述，这部分内容似乎突破了以往对称性假设的局限，引入了更多维度、更贴合实际的受力分析视角。这种理论的升维，无疑将极大地提升我们对复杂地质环境稳定性的预测精度。书中引用的大量案例分析，无论是数值模拟结果还是现场监测数据，都极具说服力，它们不仅印证了理论的正确性，更揭示了理论指导工程实践的路径图。

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这本书的价值，在我看来，已经超越了一般工程力学的范畴，它更像是一部结合了岩体力学、结构动力学和先进监测技术的前沿交叉报告。我注意到，作者在探讨失稳过程时，引入了大量的动态分析方法，这表明他们认识到围岩的破坏往往是一个快速演化的过程，而非静止状态下的平衡破坏。特别是关于“失稳前兆”的识别与量化，书中的论述显得尤为深刻。它不仅仅停留在定性的描述，而是尝试通过数学模型和物理参数的变化来描绘出结构从“稳定”滑向“失稳”的临界路径。对于我们这些长期在深部巷道工作的人来说，能够提前掌握一套可靠的预警指标体系，其意义不亚于在技术上获得了一张“免死金牌”。这种前瞻性的研究视角，使得这本书的实用价值和学术贡献都得到了极大的提升，完全配得上被列入行业必读清单。

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这本书的装帧和排版着实让人眼前一亮，从拿到手的触感就能感受到出版方在细节上的用心。封面设计既有学术的严谨又不失现代感，色彩搭配沉稳大气，让人一看就知道这是一本分量十足的专业著作。内页纸张的选择也很讲究，墨迹清晰，字迹工整，阅读体验非常舒适，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。在内容结构上，作者似乎构建了一个非常清晰的逻辑框架，从基础理论的铺陈到复杂问题的深入剖析，层次分明，循序渐进。我注意到章节之间的过渡非常自然，不像有些技术书籍那样生硬地堆砌公式和概念，而是真正做到了将理论与实际工程问题紧密结合。尤其欣赏的是，书中对于关键概念的阐述，往往辅以直观的图示或示意图，这对于理解那些抽象的力学模型和破坏机制至关重要。这本手册更像是一本精心打磨的工具书，而不是冷冰冰的教科文集，它在专业深度和易读性之间找到了一个极佳的平衡点，让初学者和资深研究人员都能从中获益匪浅。

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如果让我用一句话来概括这本书给我的最大感受，那便是“对不确定性的系统化管理”。在地下工程中，我们最怕的就是那些不可见的、随机的“弱点”引发的灾难。这本书似乎正是针对这一核心痛点，提供了一套系统的“解码”工具。它不仅仅是描述了巷道围岩为什么会破坏，更重要的是，它试图回答“在何种条件下、以何种模式、以及我们能做些什么去阻止”这一系列工程实践中反复出现的拷问。那种对复杂性进行剥离、归类，并最终提炼出可控参数的分析过程，让人读起来有一种茅塞顿开的快感。它不像是在做理论的“空中楼阁”，而更像是在为地下工程的安全运行铸造一柄精密的“手术刀”，其精准度和洞察力令人叹服。这本书无疑是该细分领域内近些年来最值得关注的重量级成果之一。

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这本书的写作风格非常沉稳，语调中透露着一股资深专家的笃定感，但这种笃定并非高高在上，而是建立在大量扎实的基础工作之上的。它很少使用那些花哨的辞藻来吸引眼球，而是用精准的术语和严密的逻辑链条来构建论点。我特别喜欢作者在处理那些高度数学化的部分时所展现出的清晰度。一些复杂的张量分析或非线性微分方程的推导过程，在书中被分解得井井有条，每一步的逻辑跳跃都被充分的文字解释所弥补，使得即便是对该领域了解不深的研究人员，也能大致跟上思路。这体现了作者极高的教学能力和对自身研究成果的深刻理解——只有真正吃透了，才能用最简单的方式讲述最复杂的问题。这本书提供了一个极佳的学习范本，教会我们如何将尖端科研成果转化为可操作的工程规范。

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