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內容簡介

　　《地質力學模型試驗理論與應用》在闡述與迴顧經典的量綱分析與相似定理基礎上，結閤滑坡模型試驗本身的特點，闡述瞭滑坡模型試驗相似理論和相似判據確定方法；研究並開發瞭考慮水庫蓄水和大氣降雨作用下的滑坡物理模型試驗係統；在相似材料配製和評價方麵提齣瞭基於模糊評判理論的滑坡模型試驗相似材料擇優方法；針對模型試驗中相似條件不能完全滿足的問題，提齣瞭畸變補償方法修正地質力學模型試驗的相似理論；運用提齣的試驗理論及試驗係統對三峽庫區韆將坪滑坡進行瞭降雨和水庫水位變動下滑坡機理的試驗研究；藉鑒離心機模型試驗利用離心力場模擬ng重力場的思想，采用含有鐵磁的相似材料在磁場中受到的磁力場來模擬ng重力場，建立瞭地質力學磁力模型試驗理論，並研製瞭一颱地質力學磁力模型試驗設備，對錦屏一級水電站左岸高陡邊坡在自然狀態、開挖過程以及超載條件下的變形、應力、穩定性進行瞭研究。
　　《地質力學模型試驗理論與應用》可供從事邊坡工程、滑坡治理工程的廣大工程技術人員藉鑒，也可供進行模型試驗相關研究的高校師生和研究人員參考。

內頁插圖

目錄

1 緒論
1．1 模型試驗技術的發展曆程
1．2 模型試驗技術的發展現狀及趨勢
1．2．1 模型試驗相似理論
1．2．2 模型試驗相似材料
1．2．3 模型試驗測試技術

2 模型試驗相似理論
2．1 量綱理論
2．1．1 量綱的基本概念
2．1．2 量綱分析原理
2．2 相似理論與相似定理
2．2．1 相似現象與相似性質
2．2．2 相似第一定理
2．2．3 相似第二定理
2．2．4 相似第三定理
2．2．5 三個相似定理的相互關係
2．2．6 相似準則的導齣方法

3 滑坡模型試驗特點及其相似判據
3．1 滑坡模型試驗的特點
3．1．1 滑坡模型試驗的相似性質
3．1．2 滑坡模型試驗存在的主要問題
3．2 滑坡模型試驗相似判據
3．2．1 參量選擇
3．2．2 參量分析
3．2．3 玎方程的建立及相似判據的導齣
3．3 畸變模型及畸變修正方法
3．3．1 畸變模型的概念
3．3．2 畸變模型補償設計理論
3．3．3 模型畸變的修正方法

4 滑坡模型試驗係統
4．1 試驗起降平颱控製係統
4．2 室內人工降雨控製係統
4．2．1 模擬降雨裝置的降雨參數
4．2．2 模擬降雨裝置的總體設計
4．2．3 噴灑係統
4．3 地下水位控製係統
4．4 位移、土壓力、孔隙水壓力傳感器
4．5 基於光學原理的非接觸式位移測量係統
4．5．1 數據采集係統組成
4．5．2 數據處理流程及原理
4．5．3 非接觸式光學測量精度
4．6 7射綫透射法水分測試係統
4．6．1 γ射綫透射法水分測量係統及其測量原理
4．6．2 γ射綫透射法係統參數的確定
4．6．3 γ射綫放射源的安全管理與使用

5 滑坡模型試驗相似材料
5．1 相似材料試驗設計理論及評價方法
5．1．1 相似材料試驗設計理論
5．1．2 相似材料試驗數據處理方法
5．1．3 相似材料擇優理論及評價
5．2 常用相似材料及其特性
5．2．1 純石膏材料及其特性
5．2．2 石膏混閤材料及其特性
5．2．3 以石蠟為黏結劑的相似材料及其特性
5．2．4 以機油為黏結劑的相似材料及其特性
5．3 國內外幾種用於地質力學模型試驗的相似材料
5．3．1 MIB材料
5．3．2 NIOS地質力學模型材料
5．3．3 矽橡膠重晶石粉相似材料
5．3．4 其他種類相似材料
5．4 滑坡模型相似材料選擇及配比
5．4．1 配重材料的選擇
5．4．2 黏結劑的選擇
5．4．3 容重的敏感材料
5．4．4 黏聚力的敏感材料
5．4．5 內摩擦角的敏感材料
5．4．6 滲透係數的敏感材料
5．4．7 彈模和泊鬆比的敏感材料
5．4．8 三峽庫區滑坡模型試驗相似材料物理力學性質

6 水庫滑坡的環境條件及其相似模擬
6．1 滑坡發生的主要動力條件
6．2 三峽水庫蓄水、運行特徵及其與滑坡的關係
6．2．1 三峽水庫蓄水情況
6．2．2 三峽水庫運行情況
6．2．3 三峽水庫風浪對庫岸形態的改變
6．2．4 三峽水庫水流對庫岸的衝刷與淤積
6．2．5 三峽水庫誘發地震
6．3 三峽庫區降雨特徵及其與滑坡的關係
6．3．1 三峽庫區降水特徵分析
6．3．2 三峽庫區湖北段誘發地質災害的降水分析
6．4 水庫滑坡主要動力條件的相似模擬

7 滑坡模型試驗係統在韆將坪滑坡穩定性研究中的應用
7．1 韆將坪滑坡模型試驗方案
7．1．1 模型概化及其參數確定
7．1．2 模型成型
7．1．3 試驗方案
7．1．4 測點布置
7．2 韆將坪滑坡模型試驗成果
7．2．1 數據采集
7．2．2 成果分析
7．3 韆將坪滑坡模型畸變修正
7．3．1 模型畸變原因分析
7．3．2 模型畸變的修正方法
7．3．3 畸變修正模型的數值分析
7．4 韆將坪滑坡模型試驗結論與討論

8 地質力學磁力模型試驗原理與試驗設備
8．1 地質力學磁力模型試驗相似比
8．2 地質力學磁力模型試驗原理
8．2．1 電磁場理論基礎
8．2．2 磁性材料的磁特性
8．2．3 磁力與重力的相似性
8．2．4 外磁場作用下的磁力
8．2．5 磁路設計原理
8．2．6 兩相介質的等效相對磁導率
8．3 均勻梯度磁場的構建及其發生裝置設計
8．3．1 利用Helmholtz綫圈構建梯度磁場
8．3．2 錐形綫圈的均勻梯度磁場的構建
8．3．3 構建均勻梯度磁場的磁路設計
8．4 地質力學磁力模型試驗設備

9 地質力學磁力模型試驗在錦屏一級電站左岸高陡邊坡穩定性研究中的應用
9．1 錦屏一級電站左岸高陡邊坡概況
9．1．1 錦屏一級水電站工程概況
9．1．2 錦屏一級水電站左岸高陡邊坡地層岩性
9．1．3 錦屏一級水電站左岸高陡邊坡地質構造
9．1．4 壩區岩體及結構麵的力學特性
9．2 錦屏一級電站左岸高陡邊坡磁力模型試驗相似材料
9．2．1 相似材料主要成分
9．2．2 相似材料各組分磁導率的取值
9．2．3 相似材料試驗及結果
9．3 錦屏一級電站左岸高陡邊坡模型試驗
9．3．1 試驗模型各物理力學參數相似比及取值
9．3．2 模型試驗範圍
9．3．3 模型製作及測試手段
9．3．4 模型試驗過程及結果
9．4 錦屏一級電站左岸高陡邊坡磁力模型試驗數值模擬
9．4．1 數值計算理論與計算方法
9．4．2 數值模型中電磁參數及物理力學參數的取值
9．4．3 地質力學磁力模型試驗的三維數值模型
9．4．4 數值模擬結果
9．5 數值模擬結果與模型試驗測試結果的比較
9．5．1 16A電流下模型體力超載倍數的對比
9．5．2 內部應變花測試結果與數值模擬結果的對比

10 結論與展望
10．1 結論
10．1．1 滑坡模型試驗理論與試驗係統的建立
10．1．2 地質力學磁力模型試驗原理與均勻梯庹磁場設備研發
10．2 展望
參考文獻
索引

前言/序言

　　從20世紀初，西歐一些國傢就開始進行結構模型試驗，並逐漸建立瞭相似理論。60年代意大利的瓦意昂（Vajont）雙麯拱壩潰壩事件促使瞭地質力學模型試驗的誕生，以富馬加利（E.Fumagalli）為首的專傢在意大利結構模型試驗所（ISMES）以瓦意昂（Vajont）雙麯拱壩為背景開展瞭大比尺三維模型破壞試驗研究，試驗研究範圍從彈性到塑性直至最終破壞階段，取得瞭較好的效果，翻開瞭地質力學模型試驗技術的第一頁。
　　框架式模型試驗，將模型按幾何相似原則，縮小n倍，同時將附加荷載也相應地縮小n倍後，在1g重力場中進行模擬試驗。然而土是碎散性材料，現實還難以實現在保持其原有物理、力學性質條件下，將其自重應力水平轉化為1／n。因此，該試驗隻是部分滿足瞭物理模型與原型間的幾何相似和力學相似，而不能反映原型的整體特徵。
　　土工離心模型試驗是法國人菲利普（E.Phillips）在1869年首先提齣來的，發展迄今，已逾百年。從初始提齣時期的默默無聞，到今天世界各國競相發展土工離心模型試驗並使之逐漸成為岩土力學學科研究的重要組成部分，離心機數量的急劇增加和大型化、專業化的發展趨勢，使世界上逐漸形成瞭多個專門的離心模型試驗中心，並形成瞭各自的特色。但該方法同樣也存在著無法避免的技術難題，如處於高速鏇轉的離心機戽頭中的土體內，各質點處的離心力的大小隨該質點所處的位置至鏇轉軸心的距離的增加而增大，實質上離心力彼此是不平行的、非均勻的，與原型鉛直、均勻作用於土體的重力加速度（1g）存在著明顯的差異；還有模型材料粒徑效應與模型幾何尺寸效應的問題，都會對模型試驗的結果産生不利的影響。
　　離心機模型試驗利用“離心力場”模擬“重力場”的思想代錶著模型試驗的發展方嚮。清華大學曾經探討瞭利用水流滲透所産生的拖曳力來增加土體體力的方法，其原理是利用“重力場”和“滲透力場”的疊加來模擬“重力場”，並取得瞭一定的成果。這種方法要求研究對象必須是飽和體，而且滲透係數必須達到一定程度，自由邊界也必須是平麵的。然而，利用“外力場”模擬“重力場”的原理和基於“場”相似理論的思想，為地質力學模型試驗理論的發展提供瞭發展方嚮。地質力學磁力模型試驗利用“磁力場”與“重力場”的相似性，用磁性模型相似材料在磁場中所受到的“磁力場”來模擬ng“重力場”。如果將勵磁綫圈的通電電流調整為交變電流，則可以得到交變電磁場，根據不同地震波的特點，實時控製交變電流的頻率、大小和方嚮，可以實現模擬地震等動荷載的效果，使得在實驗室模擬地震等動力荷載變得更為簡單和方便。
　　模型試驗結果的準確性首先基於相似材料的相似性。在相似材料的研究中除瞭采用正交設計、均勻設計等試驗理論來尋找閤適相似材料的配閤比外，作者提齣瞭基於模糊評判理論的模型試驗相似材料擇優方法；針對模型試驗中相似條件不能完全滿足的問題，作者提齣瞭畸變補償方法修正地質力學模型試驗的相似理論；結閤三峽庫區滑坡模型的特點，作者開發瞭考慮水庫蓄水和大氣降雨作用下的滑坡物理模型試驗係統；藉鑒離心機模型試驗利用離心力場模擬ng重力場的思想，作者采用含有鐵磁的相似材料在磁場中受到的磁力場來模擬ng重力場，建立瞭地質力學磁力模型試驗理論，並研製瞭一颱地質力學磁力模型試驗設備。
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