第 1 章 绪论
工程开挖前，围岩处于相对稳定和平衡状态的应力场。开挖后，围岩在开挖自由面处解除约束，一定范围内围岩应力重分布，在应力作用下围岩出现变形，围岩薄弱处甚至出现局部破坏现象，在此基础上甚至出现工程的整体破坏[3]。一般而言，工程开挖是复杂的加、卸荷过程，应力场不同、开挖过程不同对应不同的应力路径，不同的变形、破坏机理。地下工程开挖，岩体可能处于多向受压状态或单向受压、受拉状态，因此破坏形式可能表现为剪切破坏或劈裂破坏、拉伸破坏，不同工程加荷与卸荷方向取决于围岩初始应力场与工程形状、方位。 同时由于地下工程岩体的复杂性，基于岩块的破坏机理与强度参数研究不能直接应用到工程岩体中，岩体计算方法和计算参数受到工程地质环境的制约，难以达到理想的结果，比如围岩地质条件、初始地应力、洞室形状和尺寸、施工方法及时间效应、支护结构形式等因素都会影响围岩压力。试图采用一种理论，解决不同地下工程围岩稳定分析问题是不现实的，岩体理论需要不断的发展与完善，如围岩分级方法确定合理的围岩参数；适应不同地下工程的设计计算方法等。
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第 2 章 岩石卸荷破坏试验及分析
2.1 试样方案设计
围岩应力重分布过程中，引起围岩应力集中和应力降，不同部位应力变化不同：越接近洞室临空面，围岩最大主应力与最小主应力差越大。应力差有三种变化：增大、减小以及不变。应力路径不同，围岩反映出的强度、破坏前兆、变形和破坏特征等均不同。由此，本文设计并进行不同卸荷应力路径下的大理岩破坏试验。试验用岩样同批次取自河南驻马店侵入岩体接触变质带上的大理岩，主要化学成分为CaCO3，质地细腻光滑，呈浅红色，颗粒细小均匀，粒径一般在0.05~0.20 mm。 按照工程岩体试验方法标准[198-200]，在实验室内将大理岩岩样加工成直径 50 mm，高100 mm 的圆柱体，并对试样两端面仔细研磨，不平行度在± 0.3%。试验前，为进一步消除试样自身宏观结构对试验结果的影响，对加工后试样进行处理：（1）肉眼观察，剔除可能含有节理、软弱面的试样；（2）波速测试，剔除波速离散较大的试样，采用波速相近的试样（如表2.1、表2.2、表2.3、表2.4、表2.5、表2.6中所示）。处理后的部分试样如图2.1。
2.2 常规三轴加荷破坏试验
图 2.4 是单轴压缩试验 39#试样的全过程应力-应变曲线，从图中可以看出岩样的应力-应变曲线存在规律：
（1）压密阶段（如图中 OB 段）：ε1呈下凹型，试样中原有的、肉眼不可见的微裂纹及孔隙被压缩逐渐闭合，岩样的ε3与 εv变化同样表现出大理岩的强压缩性。
（2）弹性变形阶段（如图中 BG 段）：ε1曲线接近直线，此阶段压缩后的试样近似连续介质，ε3也表现出了线性压缩的状态，但εv的变化则相对很小。
（3）初期压缩微裂隙稳定发展阶段（如图中 GC 段）：G 点开始，ε3与 εv开始负向增长，岩样开始进入塑性变形阶段，产生微观裂纹，这个破裂过程会随着压力的增大而加剧。也可以理解为G点对应的轴向应力就是大理岩试样的起裂应力，C 点对应的轴向应变是最大的安全轴向应变。
（4）后期扩容微裂隙稳定发展阶段（如图中 CD 段）：C 点开始，ε3与 εv呈稳定增大的增长方式，变化率相对稳定，试样进入稳定扩容阶段，εv的增长率较GC段微大，试样进入明显的塑性屈服状态，并逐渐接近峰值应力状态。C 点对应的轴向应力理解为扩容应力。
第3章 岩石卸荷破坏过程能量演化规律分析..........................43
3.1 能量法原理........................................43
3.2 常规三轴加荷破坏试验..............................44
3.3 恒轴压、卸围压破坏试验...................................47
3.4 位移控制加轴压、卸围压破坏试验.......................51
第4章 岩石卸荷破坏过程声发射特征...........63
4.1 声发射试验...................63
4.2 不同应力路径破坏过程声发射特征演化规律..............68
4.3 围压的影响.........................................................72
第5章 岩石卸荷PFC 数值试验及分析...............92
5.1 数值试验..............92
5.2 基于室内试验的宏细观参数分析..........96
5.3 卸荷破坏细观能量分析......................107
5.4 卸荷破坏前兆细观分析................112
第 8 章 岩石地铁工程设计计算方法
8.1 初衬混凝土抗剪强度
如表8.1所示，不同强度等级混凝土的抗剪强度设计值是依据试验值结合经验确定的。为获得更为准确的混凝土抗剪强度标准值与设计值，还可采用混凝土规范给定的抗压强度标准值与设计值，通过换算得到不同强度等级混凝土抗剪强度的标准值与设计值。对比表 8.6 与表 8.7，数值计算抗压强度标准值与折减后抗压强度标准值非常接近，表明换算后的抗剪强度标准值是正确的。应当说明的是，表8.6 与表8.7中折减系数稍有不同，这是由两者的试验实测抗压强度与试验名义抗压强度之间的差异引起的。为了验证抗剪强度设计值还可将抗压强度的设计值与抗剪强度的设计值分别代入公式（8-5），公式左面与右面基本相同，其误差小于 1%，进一步表明给出的抗剪强度设计值是正确的。同时还可看出抗压强度标准值和设计值相差1.4倍，而抗剪强度c、tan?的标准值与设计值相差1.2倍。
8.2 地铁工程设计计算方法研究
当前部分工程设计、施工人员过于重视二衬而忽略初衬，甚至认为初衬只是临时支护，从而导致初衬设计、施工不当。同时缺少初衬支护后围岩安全性的定量评估，需要对初衬后围岩安全系数提出一定的要求，从而确保初衬及施工的安全。由此，依据相关工程经验，建议地铁工程初衬后围岩安全度，区间隧道不小于1.2，地铁车站隧道不小于1.25，对于重要工程或特大跨度工程还应适当提高。依据不同工程地质条件，建立符合隧道实际受力情况的隧道设计计算模型。简单地采用一种计算模型必然会导致计算结果与实际受力情况脱节，降低了设计的科学性与可靠性。衬砌结构计算模型中初衬受力和变形必然进入塑性，因而必须将初衬混凝土视作塑性材料，改变当前按弹性理论计算的理念，采用塑性理论计算。为增大衬砌结构的安全度并防止隧道结构有过大变形，从而让二衬只承受少量围岩压力，一般规定围岩压力释放 90%后才施作二衬，此时将二衬视作弹性结构计算与检验。
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第 9 章 结论与展望
本文在查阅国内外有关资料的基础上，以青岛地铁和重庆地铁为研究背景，将大理岩作为研究对象，通过复杂卸荷应力路径下的室内试验研究、数值模拟以及理论分析，主要得到以下结论和成果： （1）依据实际开挖卸荷工况设计不同路径方案，通过大理岩不同应力路径室内加、卸荷破坏试验，得到岩石的变形特征、强度特征等常规卸荷破坏演化机制，以及卸荷围压、卸荷速率以及卸荷应力水平等因素的影响，主要表现为以下几个方面： ① 卸荷路径加快岩样破坏，降低了岩样的承载能力。从相同条件下不同卸荷路径的峰值轴向应变来看，应力加轴压>位移加轴压>恒轴压，从峰值轴向应力来看，应力加轴压>恒轴压>位移加轴压； ② 从环向应变来看，岩样应力加轴压、卸围压试验对岩样承载力影响最明显；恒轴压、卸围压试验岩样破坏后环向应变降低平缓，其余路径呈突降状态。
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参考文献（略）