地质力学模型试验

地质力学模型试验根据它们的特点可分为下列各种类型：

(1)按模型试验的性质划分：①平面或二维模型试验；②空间或三维模型试验

(2)按模型模拟的详细程度划分：①大块体地质力学模型；②小块体地质力学模型

(3)按模拟的地区或深度划分：①地表岩体模型；②深层岩体模型；

(4)按模型的制作方式划分；①现浇式模型；②预制块体砌筑模型。2100433B

地质力学模型试验又称地力学模型试验门或岩石力学模型试验。它的主要特点是：模型中应模拟山岩体中的断层、破碎带及软弱带，有时还包括一些主要节理裂隙组，应能体现出岩体为非均匀等向、非弹性及非连续等这些岩石力学特征。同时，模型的几何尺寸、边界条件及作用荷载、模拟岩体的模型材料的容重、强度及变形特性等方面均须满足相似理论。

近代由于生产建设及科学技术的发展越来越多的建筑物需要修建在具有复杂地质构造的岩基上或岩体内，如大坝、厂房、隧洞、地下电站、地下油库、矿井等等。这类建筑物的抗沿滑稳定性、基础变形对建筑物结构的影响、地下结构的围岩稳定和衬助压力、岩体高边坡的稳定问题等，都是地质力学模型试验的研究内容。而且，近年来随着试验量测技术的提高，地质力学模型试验中的一些研究课题，已由定性分析阶段进入定量分析阶段。

在模型中用材料的块体组合来模拟多裂隙介质岩体的设想是在1967年举行的第九届国际大坝会议及同年举行的国际岩石力学会议上提出的。其后在意大利的结构模型试验所成功地进行了多项研究拱坝坝肩稳定的小块体地质力学模型试队其巾还包括瑞士、智利、西班牙、日本等国家委托该试验所进行的拱坝坝肩稳定及破坏试验，在南斯拉夫的地质与基础工程学院进行的格兰卡尔沃拱坝的地质力学模型试验规模巨九试验也是十分成功的。

我国在七十年代中用期，有一些科研单位及高等院校亦开展了地质力学模型试验研究。例如：长江水利水电科学研究院于1978年提出了地质力学模型材料试验研究报告，并进行了葛洲坝二江泄水闸等工程的大块体平面地质力学模型试验及三维模型试验。清华大学水利系从1979年开始，除进行模型材料的研究外，还先后完成了国内某大型重力拱坝左坝肩三维小块体地质力学模型试验和该重力拱坝枢纽整体三维小块体地质力学模型试验，研究其坝肩岩体抗滑稳定性，其超载能力与破坏机理以及基础加固措施的实际效果。近些年，清华大学、武汉大学、四川大学、长江科学院等高校和科研院所，先后对国内许多大型水电、交通、能源和地下工程进行了地质力学模型试验，取得了大量的研究成果，地质力学模型试验取得的长足的发展。

第1章绪论

1.1地质力学模型试验的意义

1.1.1地质力学模型试验

1.1.2工程背景

1.1.3地质力学模型试验的必要性

1.2地质力学模型试验的研究现状

1.2.1地质力学模型试验的发展

1.2.2高拱坝地质力学模型试验研究进展

1.3地质力学模型试验的发展趋势

参考文献

第2章地质力学模型试验的相似理论

2.1相似理论基础

2.1.1基本概念

2.1.2量纲分析

2.1.3相似第一定理

2.1.4相似第二定理

2.1.5相似第三定理

2.2相似关系分析和结构模型分类

2.2.1方程分析法

2.2.2量纲分析法

2.2.3定律分析法

2.2.4相似模型

2.3地质力学模型试验的相似条件

2.3.1相似比尺

2.3.2静力结构模型的相似判据

2.4考虑时效的模型试验相似理论

2.5小结

参考文献

第3章地质力学模型试验相似材料及模型加工技术

3.1模型试验材料

3.1.1模型试验材料特性

3.1.2模型试验材料分类

3.1.3材料试验和配比确定

3.2小块体砌筑技术

3.2.1小块体砌筑技术简介

3.2.2小块体制作

3.2.3坝拱坝体砌筑和雕琢

3.2.4裂隙岩体模拟

3.2.5断层、破碎带模拟

3.3基础处理措施模拟技术

3.3.1建基面混凝土置换

3.3.2深部混凝土置换

3.3.3大坝贴角模拟

3.3.4预应力锚索模拟

3.4小结

参考文献

第4章模型试验装置和加载系统

4.1模型试验装置

4.1.1基座式试验槽

4.1.2钢架式试验槽

4.1.3新型多功能模型试验平台

4.1.4其他新型模型试验平台

4.2模型荷载模拟

4.2.1重力荷载

4.2.2静水荷载

4.2.3联合的合成荷载模拟

4.2.4渗透压力模拟

4.2.5地应力荷载模拟

4.2.6洞室内压

4.3拱坝水压力模型荷载计算

4.3.1基本参数

4.3.2每层单位宽度内的集中力计算

4.3.3集中力垂直作用位置

4.3.4集中力的水平坐标位置和大小

4.4模型加载设备

4.4.1手工油泵千斤顶加载

4.4.2多点伺服加载系统

4.5小结

参考文献

第5章数据采集和监测

5.1应变测量原理

5.1.1测量原理

5.1.2线路分析

5.1.3温度补偿

5.1.4桥路

5.1.5光纤测量

5.2数据采集

5.2.1应变测量及应力计算

5.2.2位移测量方式

5.2.3绝对位移的测量

5.2.4相对位移的测量

5.2.5温度测量

5.3破坏监测

5.3.1摄像头监测

5.3.2声发射

5.4数据处理和结果分析

5.4.1测量结果的误差分析

5.4.2统计分析

5.4.3试验精度的影响因素

5.5小结

参考文献

第6章基于地质力学模型试验的高拱坝稳定评价分析

6.1整体稳定的评价准则

6．2基于地质力学模型试验的国内高拱坝安全稳定评价

6．3试验位移分布与整体稳定性的关系

6．3．1大岗山拱坝模型试验整体安全度

6．3．2拱梁及坝周顺河向位移分析

6．3．3拱坝位移方向角分析

参考文献

第7章溪洛渡拱坝地质力学模型试验及破坏模式分析

7．1概述

7．2地质力学模型试验

7．2．1模型砌筑

7．2．2加载布置

7．2．3测点布置

7．2．4数据采集系统和破坏监控系统

7．3试验结果分析

7．3．1坝体位移分布

7．3．2坝体应力分布

7．3．3坝肩岩体变形分布

7．3．4层间层内错动带相对位移分布规律

7．3．5破坏形态及机理

7．3．6整体安全度和破坏分析评价

7．4试验主要结论

参考文献

第8章基于地质力学模型试验的大岗山拱坝加固效果分析

8．1工程概况

8．2地质力学模型试验

8．2．1模型试验设计

8．2．2坝基裂隙岩体模拟

8．2．3断层模拟

8．2．4基础加固模拟

8．2．5加载及量测系统

8．3试验结果分析

8．3．1坝体位移分析

8．3．2应力分析

8．3．3超载位移分析

8．3．4开裂破坏过程分析

8．3．5整体稳定评价

8．4加固措施影响评价

8．4．1应力影响

8．4．2变形影响

8．4．3超载破坏模式影响

8．4．4整体稳定性影响

8．5与数值模拟的对比

8．5．1位移对比

8．5．2应力对比

8．5．3开裂破坏对比分析

8．5．4加固措施效果对比

8．5．5整体稳定

8．6试验主要结论

参考文献

第9章不对称拱坝地质力学模型试验及与数值模拟的对比

9．1工程概况

9．2地质力学模型试验

9．2．1相似比参数选择

9．2．2模型模拟范围

9．2．3测点布置

9．3试验结果分析

9．3．1坝体位移分析

9．3．2正常水载下坝体的应力分布

9．3．3坝体超载变形及开裂

9．3．4岩基变形及破坏机制

9．3．5各平切高程的开裂和破坏结果分析

9．3．6坝踵和坝趾开裂

9．3．7坝肩滑块的破坏情况

9．4与数值模拟成果的对比

9．4．1坝踵开裂对比

9．4．2坝趾破坏和不平衡力计算结果对比

9．5试验主要结论

参考文献

第10章有缝高拱坝的地质力学模型试验

10．1概述

10．2地质力学模型试验

10．2．1模型试验设计

10．2．2模型砌筑

10．2．3坝体裂缝的模拟

10．2．4模型试验装置

10．2．5监测点布置

10．3试验结果分析

10．3．1应力分析

10．3．2变位分析

10．3．3内部观测分析

10．3．4开裂破坏研究

10．4试验主要结论

参考文献

附录A变形加固理论简介

A．1结构的稳定和失稳

A．2高拱坝整体稳定性评价

A．3变形加固理论的有限元表述及局部破坏评价

A．4小结

参考文献2100433B

水工结构地质力学模型试验于20世纪60年代首先在意大利开始进行，随后在南斯拉夫等国也相继进行这种试验，且规模较大。中国在20世纪70年代后期也开始了这方面的试验研究工作，清华大学首先开展了凤滩拱坝地质力学结构模型试验，此后中国许多高拱坝部进行过地质力学结构模型试验 。2100433B

本书系统介绍了作者近些年来在高拱坝地质力学模型试验相关的各方面的最新研究成果及其在国内高拱坝工程中的应用。本书主要针对模型试验相似材料、模型砌筑技术、试验设备、加载系统、数据测量以及基于地质力学模型试验的高拱坝整体稳定和加固评价理论方法进行了叙述，具有很强的理论和实际指导意义。本书还对溪洛渡、白鹤滩、大岗山和小湾等高拱坝的地质力学模型试验进行了详细介绍，从破坏模式、加固效果评价及坝内裂缝对拱坝的影响等方面进行了全面分析，阐述了采用地质力学模型试验进行高拱坝稳定和加固的分析和评价方法。

本书注重理论、方法、技术与工程应用的紧密结合，提出的地质力学模型试验方法在国内大部分高拱坝中得到成功应用，获得的研究成果有效地指导了国内高拱坝的稳定分析和加固设计。

本书可供从事水电工程领域的设计、科研和试验技术人员使用，可以给交通、采矿和能源等其他与岩体结构相关的专业人员提供有益帮助，也可以作为高等院校相关专业研究生和本科生的教学用书。