深部巷道分区破裂动力分析及支护研究.pdf

I I III II II I I II II I IIIII Y 3 5 7 3 4 05 分类号T U 4 5 2 ．7 密级公开 单位代码1 ．0 4 2 2 学号2 0 1 3 2 0 3 8 8 博士学位论文 D i s s e r t a t i o nf o rD o c t o r a lD e g r e e 论文匦目 深部巷道分区破裂动力分析及支护研究 S T U D YO ND Y N A M 匝CA N A I ⅣS I SA N DS U P P R o TC O N T R o L O FZ O N A LD I S 蹦T E G R A T I O NI NS U R R O U N D I N G R O C KO F D E E Pn 价m m L 作者姓名 高强 誉。一j ．霉，攀。 簿．．．j1 。．。霸鲢漱睡毓 专业名称 指导教师 合作导师 鬻交黧鬻 裁蠡鞭演．j 教授 2 0 19 年5 月3 0 日 哆各一 只一 琢啪D ◆ N，∥姒 万方数据 分类号T U 4 5 2 ．7 密级 ◎ 单位代码1 0 4 2 2 学号2 0 1 3 2 0 3 8 8 ∥蔡办孚J 一 博士学位论文 Sha nd 0 以g Unil ，er sit yD0ct0r ’sThesis 论文题目深部巷道分区破裂动力分析及支护研究 国家自然科学基金项目 4 1 7 7 2 2 8 2 资助、 泰山学者工程专项经费资助、 国家重点研发计划项目 2 0 1 6 Y F C 0 4 0 1 8 0 4 资助、 高放废物地质处置地下实验室工程前期科研项目 Y K - K Y ．J ．2 0 1 5 ．2 5 资助 作者姓名 专业 指导教师姓名 专业技术职务 高强 岩土工程 张强勇教授 2 0 1 9 年0 5 月3 0 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o nS u b m i t t e df o rt h eD o c t o r a lD e g r e eo f P h i l o s o p h y S T U D Yo ND Y N A M I CA N A L Y S I SA N DS U P P R O T C O N T R o Lo FZ o N A LD I S I N T E G R A T I o NI N S U R R O U N D I N GR o C Ko FD E E PT U N N E L S h a n d o n gU n i v e r s i t y ，J i n a n ，C h i n a M a y ，2 0 1 9 万方数据 原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名囱幺日期 丛[ 望 墨 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名自茏 导师签名 万方数据 山东大学博士学位论文 目录 目勇匙⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l C O N T E N T S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I X A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯X I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．1 分区破裂的现场监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．2 分区破裂的室内试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．3 分区破裂的理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．2 ．4 分区破裂的数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 ．2 ．5 深部岩体支护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l0 1 ．3 研究内容、创新点及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l2 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 1 ．3 ．2 创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 1 ．3 ．3 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 第二章考虑动力效应的深部巷道分区破裂模型试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．2 模型相似材料和试验系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．1 模型相似材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．2 高地应力真三维模型试验系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．3 模型试验动力开挖方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 2 ．3 ．1 深部巷道地应力特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 】 2 ．3 ．2 巷道围岩开挖方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 I 万方数据 目录 2 - 3 ．3 模型试验巷道围岩开挖工况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．4 模型试验的试验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．4 ．1 模型体的制作流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．4 ．2 模型加载与开挖测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 2 ．5 分区破裂模型试验结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 2 ．5 ．1 模型巷道洞周破裂现象的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 2 ．5 ．2 模型巷道洞周量测数据的变化规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 2 ．5 ．3 分区破裂现象的产生条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 第三章深部巷道动力开挖分区破裂形成机制研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．2 深部巷道动力开挖的作用特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．2 ．1 动力开挖问题分解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．2 ．2 动力荷载作用特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 3 ．3 深部巷道弹塑性损伤软化模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 3 ．3 ．1 具有软化段的弹塑性损伤模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 3 ．3 ．2 基于应变梯度的弹塑性损伤软化模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．3 ．3 深部巷道围岩相关方程的推导⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 3 ．4 动力荷载作用下深部巷道分区破裂的计算分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 3 ．4 ．1 当量半径法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 3 ．4 ．2 动力荷载下深部围岩弹塑性位移场和应力场⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 3 1 4 ．3 岩体破坏准则和巷道破裂区的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 3 ．5 深部巷道动力开挖分区破裂的理论计算结果对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 3 ．5 ．1 理论计算结果与现场监测对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 3 ．5 ．2 理论计算结果与模型试验对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 第四章动力开挖下深部巷道分区破裂数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 万方数据 山东大学博士学位论文 4 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 4 ．2 分区破裂动力分析数值模拟计算方法的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 4 ．2 ．1 弹塑性损伤软化本构方程的矩阵形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 4 ．2 ．2 考虑应变梯度的C 1 阶有限单元的构造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 4 ．2 ．3 运动有限元方程的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 4 ．2 ．4 动力增量变塑性刚度迭代法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 4 ．2 ．5 外加荷载计算方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 4 ．3 分区破裂破坏准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 4 ．3 ．1 最大拉应变准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 4 ．3 ．2 基于应变梯度的能量损伤破坏准则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 4 ．4 深部巷道动力开挖分区破裂数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 0 4 ．4 ．1 弹塑性损伤软化模型的数值模拟验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 0 4 ．4 ．2 丁集矿深部巷道分区破裂现象的数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 l 第五章深部巷道分区破裂支护分析研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 5 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 5 ．2 巷道围岩分区破裂支护机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 5 ．2 ．1 基于应变梯度的锚固分析模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 5 ．2 ．2 锚固体作用的能量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4 5 ．2 ．3 锚固体的支护能量判据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 5 5 ．3 深部巷道围岩锚固特性数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 6 5 ．3 ．1 计算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 6 5 ．3 ．2 数值计算过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 7 5 ．3 ．3 数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 8 5 ．4 围岩分区破裂支护控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1o o 5 ．4 ．1 锚杆加固支护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一10 0 5 ．4 ．2 分区注浆补强⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 1 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 T T T 万方数据 目录 第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 3 6 ．1 结j 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10 3 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l0 5 博士期间取得的科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1 6 博士期间参与的科研项目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l8 万方数据 山东大学博士学位论文 C o N T E N T S C O N T E N T S i nC h i n e s e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I C O N T E N T S i n E n g l i s h ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．V A B S T R A C T i nC h i n e s e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I X A B S T R A C T i n E n g l i s h ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．X I C h a p t e r1 P r e f a c e ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．1B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fr e s e a r c h ⋯．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．⋯．．⋯．．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u so f z o n a ld i s i n t e g r a t i o ni nd e e pt u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．2 ．1F i e l d m o n i t o r i n g ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．2 ．2L a b o r a t o r yt e s t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1 ．2 ．3T h e o r e t i c a lr e s e a r c h ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1 ．2 ．4N u m e r i c a ls i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯8 1 ．2 ．5A n c h o r a g ei nd e e pt u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n t s ．i n n o v a t i v ei t e m sa n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12 1 ．3 ．1R e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 1 ．3 ．2I n n o v a t i v ei t e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 1 ．3 ．3T e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 C h a p t e r2G e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s to fz o n a ld i s i n t e g r a t i o ni nd e e pt u n n e l c o n s i d e r i n go f d y n a m i c e f f e c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 2 ．1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2M o d e ls i m i l a rm a t e r i a la n dt e s ts y s t e m ．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 2 ．2 ．1M o d e ls i m i l a rm a t e r i a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．2 ．2H i g hg e o s t r e s st r u ed i m e n s i o ng e o m e c h a n i c a lm o d e lt e s ts y s t e m ．．．．．2 0 2 ．3D e s i g no f d y n a m i ce x c a v a t i o ns c h e m ef o rg e o m e c h a n i cm o d e lt e s t ．．．．．．．．2 1 2 ．3 ．1I n - s i t us t r e s sc h a r a c t e r i s t i c so f d e e pt u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 2 ．3 ．2E x c a v a t i o nm e t h o do fs u r r o u n d i n gr o c ko f t u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2 V 万方数据 目录 2 ．3 ．3E x c a v a t i o nc o n d i t i o no f s u r r o u n d i n gr o c ki nm o d e lt e s tt u n n e l ．．．．．．．．．2 3 2 ．4D e v e l o p m e n to fg e o m e c h a n i cm o d e lt e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 4 2 ．4 ．1M a k i n gp r o c e d u r eo fg e o m e c h a n i c a lm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 2 ．4 ．3M o d e ll o a d i n ga n de x c a v a t i o n ．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．．2 6 2 ．5T e s tr e s u l t sa n da n a l y s i so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o no fd e e pt u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．．2 7 2 ．5 ．1C o n t r a s t i v ea n a l y s i so ff r a c t u r ep h e n o m e n aa r o u n dm o d e lt u n n e l ．．．．．2 7 2 ．5 ．2V a r i a t i o nr e g u l a r i t yo f m e a s u r e m e n td a t ao f m o d e lt u n n e l ．．．．．．．．．．．．．．．．．3 0 2 ．5 ．3O c c u r r e n c ec o n d i t i o n so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o np h e n o m e n o n ．⋯．．．．．．．．．．3 4 2 ．6C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯．．．．．．⋯．．⋯．⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．．．⋯．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．3 6 C h a p t e r3S t u d yo nt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fz o n a ld i s i n t e g r a t i o n c o n s i d e r i n gd y n a m i c e f f e c t ．．⋯⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．⋯．．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 7 3 ．1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 3 ．2C h a r a c t e r i s t i c so f d y n a m i ce x c a v a t i o ni nd e e pt u n n e l ．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 7 3 ．2 ．1T h ed e c o m p o s i t i o no f d y n a m i ce x c a v a t i o n ⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 7 3 ．2 ．2C h a r a c t e r i s t i c so fd y n a m i cL o a d ．．．．．．．．⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 0 3 ．3E l a s t o p l a s t i cd a m a g es o f t e n i n gd y n a m i cm o d e lo fd e e pr o c km a s sb a s e d o ns t r a i ng r a d i e n t ．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．⋯．．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．4 2 3 ．3 ．1E l a s t o p l a s t i cd a m a g em o d e lw i t hs o f t e n e ds e c t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．4 2 3 ．3 ．2G r a d i e n t d e p e n d e n te l a s t i c - p l a s t i cd a m a g es o f t e n i n gm o d e l ⋯⋯⋯⋯．4 7 3 ．3 ．3D e r i v a t i o no fr e l a t e de q u a t i o n sf o rs u r r o u n d i n gr o c ko fd e e pt u n n e l ．5 2 3 ．4C a l c u l a t i o nm e t h o do fz o n a ld i s i n t e g r a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c ki nd e e p t u n n e lu n d e rd y n a m i cl o a d i n g 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p t e r s u m m a r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 0 C h a p t e r4N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o ni nd e e pt u n n e l u n d e rd y n a m i ce x c a v a t i o n ．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．⋯．．．⋯⋯．⋯．⋯．．．．7 1 4 ．1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71 4 ．2E s t a b l i s h m e n to fn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7l 4 ．2 ．1M a t r i xf o r mo fe l a s t o p l a s t i cd a m a g ec o n s t i t u t i v ee q u a t i o nb a s e do n s t r a i ng r a d i e n t ．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 1 4 ．2 ．2C o n s t r u c t i o no fc 1o r d e rc o n t i n u o u sf i n i t ee l e m e n tc o n s i d e r i n gs t r a i n g r a d i e n t ．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 3 4 ．2 ．3E s t a b l i s h m e n to f t h ef i n i t ee l e m e n te q u a t i o no f m o t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 6 4 ．2 ．4D y n a m i ci n c r e m e n t a lp l a s t i cs t i f f n e s si t e r a t i v em e t h o d ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 7 4 ．2 ．5A p p l i e dl o a dc a l c u l a t i o nm e t h o d ．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 8 4 ．3Z o n a ld i s i n t e g r a t i o nf a i l u r ec r i t e r i o n ．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 8 4 ．3 ．1M a x i m u mt e n s i l es t r a i nc r i t e r i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 4 ．3 ．2E n e r g yd a m a g ef a i l u r ec r i t e r i o nb a s e do ns t r a i ng r a d i e n t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 9 4 ．4N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o ni nd e e pt u n n e l u n d e rd y n a m i ce x c a v a t i o n ⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯．．．．8 4 ．4 ．1N u m e r i c a ls i m u l a t i o nv e r i f i c a t i o no fe l a s t o p l a s t i cd a m a g es o f t e n i n g m o d e l ⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．．8 0 4 ．4 ．2N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o ni nd e e pt u n n e l i nD i n g j iM i n e ⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 3 4 ．5C h a p t e r s u m m a r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2 C h a p t e r5R e s e a r c ho nz o n a ld i s i n t e g r a t i o ns u p p o r tc o n t r o lo fs u r r o u n d i n gr o c k i nd e e pt u n n e l ．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 3 5 ．1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 3 5 ．2S u p p o r tm e c h a n i s ma n a l y s i so fz o n a ld i s i n t e g r a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c k i nd e e pt u n n e l 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0 0 5 ．4T h ec o n t r o lm e t h o do fz o n a ld i s i n t e g r a t i o no fs u r r o u n d i n gr o c ks t a b