統計岩體力學理論與應用 (第二版) 伍法權 伍劼 包含 9787030816368 【台灣高等教育出版社】
物品所在地：中國大陸
原出版社：科學
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書名：統計岩體力學理論與應用 (第二版)
ISBN：9787030816368
出版社：科學
著編譯者：伍法權 伍劼 包含
頁數：406
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書號：1724227
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內容簡介
《統計岩體力學理論與應用（第二版）》系統介紹了作者提出的統計岩體力學理論和應用。理論部分主要包括岩體結構的幾何概率統計理論、裂隙岩體的彈性應力-應變關係、裂隙岩體的強度與破壞概率理論、岩體水力學理論、岩體工程性質與岩體質量分級原理、裂隙岩體的全過程變形分析、高地應力岩體與岩爆機理分析，以及統計岩體力學對邊坡和地下工程中若干理論問題分析。結合各部分理論問題，應用部分介紹了岩石強度的現場測試，岩體結構數據的現場採集及分析技術，工程岩體的結構、變形、強度和滲透性參數計算，以及岩體質量分級方法應用技術。
目錄
目錄
第1版序一
第1版序二
第二版前言
第1版前言
第1章 緒論 1
第1節 統計岩體力學的研究現狀 2
第二節 統計岩體力學的思想方法 15
第三節 本書的基本內容 17
第二章 岩體與地質環境 23
第1節 岩石成因與力學特性 24
第二節 岩體結構與力學性能 29
第三節 岩體結構與滲透特性 35
第四節 岩體性質與氣候環境 39
第五節 岩體性質與宏觀地貌特徵 41
第三章 岩石與結構面力學性質便捷測試 47
第1節 岩石強度的點荷載試驗原理 48
第二節 岩石彈性參數的點荷載測試計算 54
第三節 點荷載岩石力學參數尺寸效應的討論 57
第四節 岩石與結構面力學參數便捷測試的其他方法 60
第五節 “背包實驗室”的測試結果與檢驗 62
第六節 岩石強度的Weibull理論 66
第四章 岩體結構的幾何概率理論 73
第1節 岩體結構數據的測量方法 74
第二節 結構面產狀 80
第三節 結構面跡長與半徑 85
第四節 結構面間距與密度 93
第五節 結構面粗糙度 96
第六節 結構面隙寬 98
第七節 岩體結構的幾何概率表述 102
第八節 岩體結構面網絡的隨機模擬 122
第九節 結構面識別採集與三維網絡模擬應用 126
第五章 岩體的應力-應變關係理論 131
第1節 裂隙岩體連續等效的概念 132
第二節 裂隙岩體應力-應變關係的平面問題模型 133
第三節 埋藏結構面上的應力 139
第四節 岩體的三維應力-應變關係 141
第五節 關於係數k與h的討論 149
第六節 岩體變形參數討論 153
第七節 等效應力 161
第八節 岩體變形的結構面剛度模型 163
第九節 變形參數的計算與檢驗 166
第十節 岩體本構關係的損傷理論 171
第十一節 裂隙岩體本構關係的結構張量法 175
第六章 岩體的強度理論 179
第1節 岩體的破壞判據與破壞概率 180
第二節 岩體庫侖強度的主應力形式 187
第三節 岩體的庫侖抗剪強度 195
第四節 強度理論的校驗與應用 200
第五節 SMRM強度與Hoek-Brown強度比較204
第七章 岩體水力學理論 211
第1節
第1的單裂隙水力特徵 212
第二節 岩體的滲透張量 215
第三節 岩體滲透係數的立方率與尺寸效應 218
第四節 滲流場與應力場的耦合作用 220
第五節 Oda滲透張量法 223
第八章 岩體變形過程分析 229
第1節 岩體變形過程分析的基本思想 230
第二節 岩體的軸向壓縮本構模型 231
第三節 岩體的壓密變形與軸向壓縮變形233
第四節 岩體的峰後變形行為 235
第九章 岩體質量分級 239
第1節 常用的岩體質量分級方法240
第二節 工程岩體質量分級的SMRM方法 247
第三節 各類工程岩體質量分級方法的比較 251
第十章 高地應力岩體與岩爆 257
第1節 地應力估算 258
第二節 高應力岩體性態與應變能 261
第三節 岩爆機理 265
第四節 岩爆判據 269
第十一章 工程岩體的主動加固 279
第1節 岩體自穩潛力 280
第二節 岩體主動加固基本原理 284
第三節 岩體主動加固技術 287
第十二章 統計岩體力學計算平臺與數值分析 291
第1節 工程岩體數字化的概念 292
第二節 岩體參數計算平臺解析 294
第三節 SMRM工程岩體數值模擬模塊 321
第十三章 岩體邊坡工程應用 331
第1節 邊坡穩定性地質判斷 332
第二節 邊坡岩體卸荷變形 337
第三節 邊坡岩體的傾倒變形 348
第四節 邊坡岩體滲透性特徵 353
第五節 邊坡地震動力響應 358
第六節 邊坡岩體的主動加固363
第十四章 岩體地下工程應用 369
第1節 地下空間圍岩應力場特徵 370
第二節 圓形硐室圍岩非對稱變形分析377
第三節 地下硐室的非對稱圍岩壓力381
第四節 地下空間圍岩非對稱大變形的主動控制386
第五節 地下工程岩爆防護 389
第六節 TBM掘進速率與隧道圍岩變形競爭與控制 393
參考文獻 396
精彩書摘
第1章 緒論
岩體力學是岩體工程地質學的重要組成部分。它運用數學與力學工具，把岩體工程地質問題的分析引向理論化和定量化。因此，岩體力學的發展深刻影響了工程地質學的理論發展進程。
目前，岩體力學主要研究六個基本問題：岩體結構理論、岩體變形理論、岩體強度理論、岩體水力學理論、岩體動力學理論和岩體地質環境分析理論。前五方面研究岩體的工程性質和力學行為，後一方面則涉及岩體的地質環境。
岩體工程性質和力學行為的研究是困擾了岩體力學理論界和工程界幾十年的一個熱門課題，也是制約工程岩體變形與穩定性計算可靠性的關鍵課題。
岩體力學理論研究的根本困難在於岩體結構的表述、結構面網絡的力學效應與水力學效應，而岩體結構又是岩體力學行為的基礎。事實上，單一結構面的性狀決定了它的力學效應方式，而結構面網絡特徵決定了岩體結構的整體力學效應和水力學效應。
大量研究表明，岩體中結構面的分佈具有統計的確定性特徵。例如，我們熟知的結構面產狀分佈雖然具有隨機性，但總可以找出其”優勢產狀”。這些”優勢產狀”正是由其形成時應力狀態決定的*可能破裂方向。近期研究也表明，結構面大小、間距，隙寬及其表面形態等尺度參數無一不具有某種概率分佈形式。岩體結構的這種性質必然導致其力學性質和水力學性質的統計確定性。因此，岩體力學應當是一種統計力學理論。這也是我們借鑒”統計物理學”思想方法研究岩體力學的原因。
我們知道，常溫常壓下岩體的變形與強度主要取決於岩體中的結構面。人們也逐步認識到，岩體結構面的變形與破壞本質上是一種斷裂力學行為。沿各結構面的拉、壓變形及剪切變形構成了岩體宏觀變形的主體部分；結構面變形將在其邊緣引起應力集中，導致裂紋擴展連通直至岩體整體破壞。岩體的動力學則更複雜一些，但本質上是結構面及其網絡在動力作用下的變形與破壞。
綜上，我們有理由認為，岩體力學應當是一門岩體的統計斷裂力學，我們稱之為統計岩體力學（statistical mechanics of rock masses，SMRM）。
統計岩體力學作為一套理論提出是近二十多年來的事（伍法權，1991；伍法權和姜柯，1992；伍法權等，1993，2022），但對其相關的研究工作則早已開始。本章 將*先介紹圍繞這一領域的理論與應用研究概況，闡明統計岩體力學的思想方法，並提出理論框架。
第1節 統計岩體力學的研究現狀
統計岩體力學是在系統總結前人研究成果，吸取多門學科思想方法的基礎上發展起來的。統計岩體力學理論賴以建立和發展的基礎，包括岩石力學性質研究、結構面幾何形態與力學性質的觀測與實驗研究、結構面網絡統計理論與方法、岩石斷裂力學、脆性斷裂統計理論、岩體水力學理論、岩體動力學研究、連續介質力學與損傷理論、概率論與可靠性理論，以及岩石力學實驗與岩體工程經驗等。
一、岩石力學評述
岩石力學是20世紀中葉發展起來的一門新興學科。由於岩石工程實踐的需要，1951年在奧地利薩爾茨堡成立了國際上第1個地區性的地質力學學會——奧地利地質力學學會。1962年，由該學會發起成立了國際岩石力學學會（International Society for Rock Mechanics，ISRM），宣示岩石力學學科的誕生。新中國岩石力學研究是從1958年開始的，長江葛洲壩、三峽工程、大冶露天鐵礦、金川礦山等工程進行了大規模室內和現場岩石力學實驗，研製出岩石靜力和動力三軸儀等一批儀器設備，培養出一批骨幹力量，有力促進了岩石力學研究。1979年，中國成立了國際岩石力學學會中國小組，1982年創辦了《岩石力學與工程學報》，1985年組建了中國岩石力學與工程學會。幾十年來，岩石力學不僅開展了系統深入的基礎研究，也為大量岩體工程實踐提供了理論支撐。
現有的岩石力學大致有兩種來源，一種來自于力學研究和土木、水利、建築工程實踐，較多從材料力學角度出發，相對注重力學理論的嚴謹與第1理論運用，稱為岩石力學；另一種來自於工程地質研究與實踐，將岩體當做地質體開展研究，相對強調岩體的賦存環境、地質特性和結構力學效應，稱為岩體力學，或岩體工程地質力學。
總體來看，無論是岩石力學還是岩體力學，都還是一門成長中的學科。目前，這門學科理論主要由兩部分組成，一部分是引用的理論成果，如強度理論、邊坡穩定性極限平衡分析理論、地下硐室圍岩變形與圍岩壓力理論等；另一部分是試驗測試規律及工程經驗總結出來的模型，如結構面力學特性、岩體的變形特性與強度理論、岩體質量分級方法、地應力分佈規律等。儘管這些理論和經驗模型能夠從不同側面解釋岩體大多數工程行為，但總覺得缺乏”靈魂支撐”，底氣不足，各類工程計算相對粗略。這也是力學界至今仍不承認岩石力學是一門力學科學的原因之一。由此可見，岩石力學或岩體力學還有較大的發展空間，人們也期待形成一門較為系統而又嚴密的力學理論體系。
二、岩石力學性質研究
岩石組成了岩體的基質部分，它的力學特性在很大程度上決定了岩體的力學特性。岩石的力學性質主要包括：變形性質，按照彈性力學理論，通常採用彈性（或變形）模量（E）、泊松比（ν）等指標表示；強度性質，通常用單軸抗壓強度（σc）、抗拉強度（σt），以及抗剪強度參數黏聚力（c，單位：MPa）、摩擦角（φ，單位：°）等指標表述。
岩石力學性質指標測試已經有很成熟的技術。岩石的變形模量、泊松比、單軸抗壓強度一般可採用單軸壓縮試驗測定；在工程中，岩石的抗拉強度指標一般較少採用，需要時可採用直接拉伸試驗或巴西圓盤劈裂試驗測定；岩石的抗剪強度指標一般採用直剪試驗、變角板試驗、三軸壓縮試驗測得。
岩石的力學性質主要受岩石的成因、組成礦物、孔隙性與微結構、膠結狀態等因素的影響，不同成因的岩石其力學性質差異性顯著。岩力學性質強弱一般呈現如下順序：火成岩>變質岩>沉積岩。受這些因素特別是微結構與膠結狀態的影響，岩石的強度具有顯著的分散性，且越堅硬的岩石，強度分散性越突出。
岩石的力學性質常常受岩石的含水率、溫度、圍壓等環境因素的影響，表現出一定的變化性。受黏土礦物多寡的影響，一般碎屑沉積岩力學性質變化性強於變質岩和火成岩。
不同成因的岩石，力學性質與其微結構定向性密切相關，呈現出不同程度的各向異性。岩石力學性質的各向異性大致呈現如下規律：區域變質岩>沉積岩>火成岩。但是，由於岩體力學性質的各向異性主要受岩體結構面控制，工程中除特殊需要外，一般把岩石當作各向同性材料處理，忽略因微結構方向性帶來的力學各向異性。
三、結構面幾何形態研究
結構面幾何形態是岩體力學性質和水力學性質研究的基礎。較早注意到結構面幾何形態對力學性質影響並做研究的是Patton（1966）。他把結構面的形態起伏理想化為規則的起伏角（i），並通過力學實驗和理論分析將其計入結構面的摩擦角。
針對結構面幾何形態的研究發現，結構面起伏狀況可以用結構面粗糙度係數（joint roughness coefficient，JRC）描述。Barton和Choubey（1977）提出了確定JRC的10條標準剖面，並經國際岩石力學學會（ISRM）第1而被廣泛採用。深入研究發現，結構面力學性質存在尺寸效應，Barton等（1985）又提出了JRC的尺寸效應校正公式：
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式中，L0和JRC0為結構面的採樣尺寸與其對應的JRC值；L和JRC為結構面的實際尺寸和JRC校正值。
但是，結構面形態千變萬化，很難用10條標準剖面完全表述，也無法用一個簡單的數學關係式準確表達。因此，實際工作中多採用實測方法，發展了一些機械式、光電式和激光式測量方法（Patton，1966；杜時貴和潘別桐，1993;杜時貴等，2005；Ge et al ，2014；Bao et al ，2020）。
Turk和Dearman（1985）用實際測量得到的結構面的*線跡線長度（跡長）（lt）和直線跡長（ld），按下式計算結構面起伏角
