本书系统深入地介绍了地下工程围岩稳定性风险研究现状与进展、风险评估与耐久性设计方法, 阐述了地下工程围岩破坏机理与判据, 提出了围岩稳定性评价与风险评估方法、地下工程施工全过程风险评估方法与流程, 构建了隧道施工安全风险管理及控制系统, 开展了地下工程结构耐久性设计、基于对环境损害的地下空间开挖容量评价等。全书系统性较强, 全面地分析了围岩稳定性及风险研究存在的问题及发展的方向, 从基础理论、核心方法及工程应用几个层次, 由浅入深地围绕围岩稳定性风险问题, 系统地阐述相关知识和工程实践经验。
第1章 地下工程风险评估及稳定性研究现状 …………………………… 1
1．1 风险评估理论研究现状 ……………………………………………… 2
1．2 隧道工程领域风险评估研究现状 …………………………………… 3
1．3 地下工程风险评估研究现状 ………………………………………… 4
1．4 地下工程稳定性研究现状 …………………………………………… 5
1．5 地下工程结构设计研究现状 ………………………………………… 7
1．6 地下工程与环境的相互作用研究现状 ……………………………… 9
第2章 地下工程事故机理、因素及围岩稳定性判据 …………………… 11
2．1 地下工程破坏机理 ………………………………………………… 12
2．2 地下工程的不确定性及围岩稳定性影响因素 …………………… 14
2．2．1 地下工程的不确定性影响因素 …………………………… 15
2．2．2 地下工程围岩稳定影响因素 ……………………………… 18
2．3 整个地下工程风险影响因素 ……………………………………… 21
2．4 地下工程整体失稳应力判据 ……………………………………… 22
2．4．1 单项应力强度指标 ………………………………………… 22
2．4．2 复杂应力状态下的强度理论 ……………………………… 23
2．5 地下工程围岩失稳位移判据 ……………………………………… 24
2．5．1 以位移做稳定判据的优点 ………………………………… 24
2．5．2 地下洞室稳定性位移判别准则的表达方式 ……………… 24
2．6 地下工程围岩失稳其他判据 ……………………………………… 28
2．6．1 围岩塑性区和洞室截面积相对比值判别法 ……………… 28
2．6．2 变形速率比值判别法 ……………………………………… 29
2．6．3 力学判据 …………………………………………………… 29
2．6．4 其他判据 …………………………………………………… 29
第3章 多因素围岩稳定性评价与风险评估 …………………………… 31
3．1 多因素模糊综合评判方法 ………………………………………… 32
3．1．1 模糊综合评判方法选择的依据 …………………………… 32
3．1．2 模糊综合评判法模型的基本概念 ………………………… 33
3．1．3 模糊综合评判模型的基本计算步骤 ……………………… 34
3．2 地下洞室群围岩稳定影响因素权重研究 ………………………… 37
3．2．1 层次分析法概述 …………………………………………… 37
3．2．2 洞室群稳定影响指标选择 ………………………………… 42
3．2．3 层次分析法 ………………………………………………… 43
3．3 多因素洞室群工程稳定性评价 …………………………………… 46
3．3．1 评价指标体系的建立 ……………………………………… 46
3．3．2 多级模糊综合评判模型的建立 …………………………… 47
3．3．3 确定稳定等级 ……………………………………………… 77
3．4 地下洞室群风险评估 ……………………………………………… 79
3．4．1 选择整体风险评估方法的依据 …………………………… 80
3．4．2 建立整体稳定性风险评估层次模型 ……………………… 81
3．4．3 确定权重 …………………………………………………… 81
3．4．4 建立地下工程风险评价集 ………………………………… 81
3．4．5 构造风险模糊评判矩阵 …………………………………… 82
3．4．6 风险接受准则 ……………………………………………… 86
3．5 工程应用 …………………………………………………………… 87
3．5．1 泰安抽水蓄能电站 ………………………………………… 87
3．5．2 琅琊山抽水蓄能电站 ……………………………………… 89
第4章 地下工程施工安全风险评估实施 ……………………………… 95
4．1 梯形云模型理论 …………………………………………………… 95
4．2 基于梯形云模型的风险评估模型 ………………………………… 98
4．3 静态总体风险评估 ………………………………………………… 100
4．3．1 总体风险评估思路 ……………………………………… 100
4．3．2 大岭隧道静态总体风险评估实例 ……………………… 102
4．4 重大专项风险评估 ………………………………………………… 103
4．4．1 重大专项风险评估思路 ………………………………… 103
4．4．2 大岭隧道洞口失稳专项风险评估实例 ………………… 103
4．5 施工全过程风险评估 ……………………………………………… 109
4．5．1 施工全过程风险评估思路 ……………………………… 109
4．5．2 施工全过程风险评估方法及流程 ……………………… 109
4．5．3 施工全过程风险评估实例 ……………………………… 110
第5章 地下工程施工安全风险管理及控制 …………………………… 114
5．1 隧道施工安全风险管理及控制系统 ……………………………… 114
5．1．1 系统主要功能内容 ……………………………………… 114
5．1．2 系统模块设计 …………………………………………… 115
5．1．3 系统构架及集成环境 …………………………………… 120
5．2 地下洞室群工程灾害预报及风险控制 …………………………… 122
5．2．1 风险评估机制 …………………………………………… 123
5．2．2 风险预警机制 …………………………………………… 125
5．2．3 风险处理机制 …………………………………………… 134
5．2．4 风险后评估机制 ………………………………………… 135
5．3 工程应用 …………………………………………………………… 135
5．3．1 隧道现场情况 …………………………………………… 135
5．3．2 系统软件应用 …………………………………………… 137
5．3．3 施工过程风险评估流程 ………………………………… 141
第6章 地下工程开挖引起地质环境损害机理分析 …………………… 148
6．1 地下工程开挖引起的地质应力环境损害 ………………………… 148
6．1．1 围岩应力和位移的弹性分析 …………………………… 149
6．1．2 围岩应力和位移的塑性分析 …………………………… 151
6．1．3 围岩应力的时间效应 …………………………………… 154
6．1．4 围岩应力时间效应的数值模拟 ………………………… 154
6．2 地下工程开挖引起的岩土体环境损害 …………………………… 157
6．2．1 地下工程开挖引起的围岩破坏 ………………………… 157
6．2．2 地下工程开挖引起的地表变形 ………………………… 160
6．3 地下工程开挖引起的地表环境损害 ……………………………… 168
6．3．1 地下工程开挖引起地表环境损害的表现形式 ………… 168
6．3．2 地表沉陷引起地面建筑物附加作用力的计算方法 …… 169
第7章 地下工程结构耐久性设计 ……………………………………… 173
7．1 地下结构耐久性下降的原因 ……………………………………… 173
7．2 地下结构耐久性的影响因素分析 ………………………………… 174
7．2．1 材料内部缺陷的影响 …………………………………… 174
7．2．2 应力变化的影响 ………………………………………… 175
7．2．3 水的影响 ………………………………………………… 176
7．2．4 土体的影响 ……………………………………………… 178
7．3 提高地下结构耐久性的设计措施 ………………………………… 179
7．3．1 材料因素 ………………………………………………… 179
7．3．2 力学因素 ………………………………………………… 179
7．3．3 施工因素 ………………………………………………… 180
7．4 已有结构的耐久性检测 …………………………………………… 181
第8章 基于对环境损害的地下空间开挖容量评价 …………………… 183
8．1 基于对地质环境损害的地下空间开挖容量评价 ………………… 184
8．1．1 基于对地质应力环境损害的地下空间开挖容量评价 …… 184
8．1．2 基于对岩土体环境损害的地下空间开挖容量评价 …… 185
8．1．3 基于对地表环境损害的地下空间开挖容量评价 ……… 186
8．2 地下空间开挖与环境的协调 ……………………………………… 186
参考文献 ……………………………………………………………………… 188
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