●第1章 緒論 1
1.1 隧道圍岩大變形問題 1
1.2 隧道圍岩大變形研究現狀 2
1.2.1 隧道圍岩大變形定義 2
1.2.2 隧道圍岩大變形分級 4
1.2.3 隧道圍岩大變形機理 6
1.2.4 隧道圍岩大變形支護 7
1.3 本書內容 10
第2章 炭質頁岩大變形隧道的區域地應力 12
2.1 地應力場回歸原理 13
2.1.1 回歸模型 13
2.1.2 回歸繫數 14
2.1.3 回歸效果 15
2.2 地應力場回歸實例 16
2.2.1 實測地應力 17
2.2.2 回歸地應力 17
2.2.3 應力場特征 23
2.3 本章小結 24
第3章 炭質頁岩隧道大變形的成因機制 25
3.1 軟岩概念 25
3.1.1 地質軟岩 25
3.1.2 工程軟岩 26
3.2 軟岩變形力學機制 26
3.2.1 物化膨脹型 27
3.2.2 應力擴容型 29
3.2.3 結構變形型 31
3.3 圍岩大變形分類 31
3.3.1 松動大變形 31
3.3.2 膨脹大變形 32
3.3.3 擠壓大變形 32
3.3.4 流變大變形 34
3.4 炭質頁岩大變形機制 35
3.4.1 工程物理特性 35
3.4.2 物理力學特性 38
3.4.3 大變形影響因素 43
3.4.4 大變形機理 45
3.5 本章小結 46
第4章 炭質頁岩大變形隧道支護體繫與開挖方法 48
4.1 支護與圍岩相互作用 48
4.1.1 噴射混凝土支護特征曲線 49
4.1.2 錨杆支護特征曲線 50
4.1.3 鋼拱架支護特征曲線 51
4.1.4 組合支護與圍岩相互作用 51
4.2 數值分析模型 52
4.2.1 模型邊界 52
4.2.2 模型參數 53
4.2.3 分析工況 54
4.3 大變形隧道支護體繫優化 55
4.3.1 不同邊牆曲率 55
4.3.2 不同噴射混凝土厚度 61
4.3.3 不同鋼拱架剛度 68
4.3.4 不同鋼拱架間距 75
4.3.5 不同錨杆布設形式 81
4.3.6 不同超前加固長度 89
4.4 大變形隧道開挖方式優化 95
4.4.1 不同開挖支護方法 95
4.4.2 不同臺階長度 100
4.4.3 不同開挖進尺 106
4.5 施工工藝及現場試驗 111
4.5.1 施工工藝 111
4.5.2 現場試驗 126
4.6 本章小結 134
第5章 炭質頁岩隧道大變形現場監測 136
5.1 監測方案 136
5.1.1 監測目的 136
5.1.2 監測內容 136
5.1.3 監測頻率 138
5.1.4件 139
5.2 監測結果 139
5.2.1 洞周變形 139
5.2.2 圍岩壓力 143
5.2.3 鋼拱架內力 144
5.2.4 錨杆軸力 146
5.2.5 接觸壓力 149
5.2.6 二次襯砌內力 151
5.2.7 圍岩松動圈 152
5.3 大變形特征 154
5.4 本章小結 155
第6章 炭質頁岩大變形隧道施工安全控制標準 157
6.1 現有標準 157
6.1.1 國外標準 157
6.1.2 國內標準 158
6.2 極限位移與位移速率控制標準 159
6.2.1 允許極限位移基準 159
6.2.2 允許位移速率基準 164
6.3 預留變形量控制標準 170
6.4 支護時機選擇 171
6.4.1 圍岩蠕變與支護時機 171
6.4.2 支護時機 178
6.5 本章小結 183
第7章 炭質頁岩非線性黏彈塑性蠕變模型 184
7.1 岩石流變與蠕變 184
7.2 岩石蠕變模型 185
7.2.1 經驗蠕變模型 186
7.2.2 組合蠕變模型 186
7.3 非線性黏彈塑性蠕變模型 193
7.3.1 非線性黏彈塑性蠕變本構 193
7.3.2 本構模型的二次開發程序 198
7.3.3 模型驗證 202
7.4 本章小結 205
第8章 支護結構劣化損傷與圍岩蠕變下的隧道安全 206
8.1 錨杆鏽斷模擬 209
8.1.1 錨杆模型 209
8.1.2 鏽蝕力學模型 211
8.1.3 斷裂力學模型 214
8.1.4 模型驗證 215
8.2 鋼拱架鏽蝕模擬 219
8.2.1 鏽蝕特征 219
8.2.2 鏽蝕力學模型 222
8.2.3 模型論證 224
8.3 襯砌混凝土損傷模擬 231
8.3.1 混凝土損傷理論 231
8.3.2 混凝土統計損傷本構理論 233
8.3.3 混凝土統計損傷本構模型 237
8.4 炭質頁岩大變形隧道安全 243
8.5 本章小結 251
參考文獻 252
附錄 257

本書針對典型的特定炭質頁岩大變形單線鐵路隧道，繫統闡述了大變形隧道的地應力分析方法、開挖支護體繫以及隧道支護結構劣化模擬與安全評價。全書共分為八章，包括緒論，炭質頁岩大變形隧道的區域地應力，炭質頁岩隧道大變形的成因機制，炭質頁岩大變形隧道支護體繫與開挖方法，炭質頁岩隧道大變形現場監測，炭質頁岩大變形隧道施工安全控制標準，炭質頁岩非線性黏彈塑性蠕變模型，支護結構劣化損傷與圍岩蠕變下的隧道安全。本書突出關鍵技術，重視基礎理論，力求展示隧道大變形控制技術的新進展，以便讀者更好地熟悉和掌握炭質頁岩隧道大變形特性。本書適合隧道工程、岩土工程、道路與鐵道工程等領域的高校教師和研究生閱讀，也可供從事隧道工程相關研究、設計、施工和管理的技術人員參考。