地质力学模型试验理论与应用 [Geomechanics Model Test Theory and Application] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《地质力学模型试验理论与应用》在阐述与回顾经典的量纲分析与相似定理基础上，结合滑坡模型试验本身的特点，阐述了滑坡模型试验相似理论和相似判据确定方法；研究并开发了考虑水库蓄水和大气降雨作用下的滑坡物理模型试验系统；在相似材料配制和评价方面提出了基于模糊评判理论的滑坡模型试验相似材料择优方法；针对模型试验中相似条件不能完全满足的问题，提出了畸变补偿方法修正地质力学模型试验的相似理论；运用提出的试验理论及试验系统对三峡库区千将坪滑坡进行了降雨和水库水位变动下滑坡机理的试验研究；借鉴离心机模型试验利用离心力场模拟ng重力场的思想，采用含有铁磁的相似材料在磁场中受到的磁力场来模拟ng重力场，建立了地质力学磁力模型试验理论，并研制了一台地质力学磁力模型试验设备，对锦屏一级水电站左岸高陡边坡在自然状态、开挖过程以及超载条件下的变形、应力、稳定性进行了研究。
　　《地质力学模型试验理论与应用》可供从事边坡工程、滑坡治理工程的广大工程技术人员借鉴，也可供进行模型试验相关研究的高校师生和研究人员参考。

内页插图

目录

1 绪论
1．1 模型试验技术的发展历程
1．2 模型试验技术的发展现状及趋势
1．2．1 模型试验相似理论
1．2．2 模型试验相似材料
1．2．3 模型试验测试技术

2 模型试验相似理论
2．1 量纲理论
2．1．1 量纲的基本概念
2．1．2 量纲分析原理
2．2 相似理论与相似定理
2．2．1 相似现象与相似性质
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 三个相似定理的相互关系
2．2．6 相似准则的导出方法

3 滑坡模型试验特点及其相似判据
3．1 滑坡模型试验的特点
3．1．1 滑坡模型试验的相似性质
3．1．2 滑坡模型试验存在的主要问题
3．2 滑坡模型试验相似判据
3．2．1 参量选择
3．2．2 参量分析
3．2．3 玎方程的建立及相似判据的导出
3．3 畸变模型及畸变修正方法
3．3．1 畸变模型的概念
3．3．2 畸变模型补偿设计理论
3．3．3 模型畸变的修正方法

4 滑坡模型试验系统
4．1 试验起降平台控制系统
4．2 室内人工降雨控制系统
4．2．1 模拟降雨装置的降雨参数
4．2．2 模拟降雨装置的总体设计
4．2．3 喷洒系统
4．3 地下水位控制系统
4．4 位移、土压力、孔隙水压力传感器
4．5 基于光学原理的非接触式位移测量系统
4．5．1 数据采集系统组成
4．5．2 数据处理流程及原理
4．5．3 非接触式光学测量精度
4．6 7射线透射法水分测试系统
4．6．1 γ射线透射法水分测量系统及其测量原理
4．6．2 γ射线透射法系统参数的确定
4．6．3 γ射线放射源的安全管理与使用

5 滑坡模型试验相似材料
5．1 相似材料试验设计理论及评价方法
5．1．1 相似材料试验设计理论
5．1．2 相似材料试验数据处理方法
5．1．3 相似材料择优理论及评价
5．2 常用相似材料及其特性
5．2．1 纯石膏材料及其特性
5．2．2 石膏混合材料及其特性
5．2．3 以石蜡为黏结剂的相似材料及其特性
5．2．4 以机油为黏结剂的相似材料及其特性
5．3 国内外几种用于地质力学模型试验的相似材料
5．3．1 MIB材料
5．3．2 NIOS地质力学模型材料
5．3．3 硅橡胶重晶石粉相似材料
5．3．4 其他种类相似材料
5．4 滑坡模型相似材料选择及配比
5．4．1 配重材料的选择
5．4．2 黏结剂的选择
5．4．3 容重的敏感材料
5．4．4 黏聚力的敏感材料
5．4．5 内摩擦角的敏感材料
5．4．6 渗透系数的敏感材料
5．4．7 弹模和泊松比的敏感材料
5．4．8 三峡库区滑坡模型试验相似材料物理力学性质

6 水库滑坡的环境条件及其相似模拟
6．1 滑坡发生的主要动力条件
6．2 三峡水库蓄水、运行特征及其与滑坡的关系
6．2．1 三峡水库蓄水情况
6．2．2 三峡水库运行情况
6．2．3 三峡水库风浪对库岸形态的改变
6．2．4 三峡水库水流对库岸的冲刷与淤积
6．2．5 三峡水库诱发地震
6．3 三峡库区降雨特征及其与滑坡的关系
6．3．1 三峡库区降水特征分析
6．3．2 三峡库区湖北段诱发地质灾害的降水分析
6．4 水库滑坡主要动力条件的相似模拟

7 滑坡模型试验系统在千将坪滑坡稳定性研究中的应用
7．1 千将坪滑坡模型试验方案
7．1．1 模型概化及其参数确定
7．1．2 模型成型
7．1．3 试验方案
7．1．4 测点布置
7．2 千将坪滑坡模型试验成果
7．2．1 数据采集
7．2．2 成果分析
7．3 千将坪滑坡模型畸变修正
7．3．1 模型畸变原因分析
7．3．2 模型畸变的修正方法
7．3．3 畸变修正模型的数值分析
7．4 千将坪滑坡模型试验结论与讨论

8 地质力学磁力模型试验原理与试验设备
8．1 地质力学磁力模型试验相似比
8．2 地质力学磁力模型试验原理
8．2．1 电磁场理论基础
8．2．2 磁性材料的磁特性
8．2．3 磁力与重力的相似性
8．2．4 外磁场作用下的磁力
8．2．5 磁路设计原理
8．2．6 两相介质的等效相对磁导率
8．3 均匀梯度磁场的构建及其发生装置设计
8．3．1 利用Helmholtz线圈构建梯度磁场
8．3．2 锥形线圈的均匀梯度磁场的构建
8．3．3 构建均匀梯度磁场的磁路设计
8．4 地质力学磁力模型试验设备

9 地质力学磁力模型试验在锦屏一级电站左岸高陡边坡稳定性研究中的应用
9．1 锦屏一级电站左岸高陡边坡概况
9．1．1 锦屏一级水电站工程概况
9．1．2 锦屏一级水电站左岸高陡边坡地层岩性
9．1．3 锦屏一级水电站左岸高陡边坡地质构造
9．1．4 坝区岩体及结构面的力学特性
9．2 锦屏一级电站左岸高陡边坡磁力模型试验相似材料
9．2．1 相似材料主要成分
9．2．2 相似材料各组分磁导率的取值
9．2．3 相似材料试验及结果
9．3 锦屏一级电站左岸高陡边坡模型试验
9．3．1 试验模型各物理力学参数相似比及取值
9．3．2 模型试验范围
9．3．3 模型制作及测试手段
9．3．4 模型试验过程及结果
9．4 锦屏一级电站左岸高陡边坡磁力模型试验数值模拟
9．4．1 数值计算理论与计算方法
9．4．2 数值模型中电磁参数及物理力学参数的取值
9．4．3 地质力学磁力模型试验的三维数值模型
9．4．4 数值模拟结果
9．5 数值模拟结果与模型试验测试结果的比较
9．5．1 16A电流下模型体力超载倍数的对比
9．5．2 内部应变花测试结果与数值模拟结果的对比

10 结论与展望
10．1 结论
10．1．1 滑坡模型试验理论与试验系统的建立
10．1．2 地质力学磁力模型试验原理与均匀梯庹磁场设备研发
10．2 展望
参考文献
索引

前言/序言

　　从20世纪初，西欧一些国家就开始进行结构模型试验，并逐渐建立了相似理论。60年代意大利的瓦意昂（Vajont）双曲拱坝溃坝事件促使了地质力学模型试验的诞生，以富马加利（E.Fumagalli）为首的专家在意大利结构模型试验所（ISMES）以瓦意昂（Vajont）双曲拱坝为背景开展了大比尺三维模型破坏试验研究，试验研究范围从弹性到塑性直至最终破坏阶段，取得了较好的效果，翻开了地质力学模型试验技术的第一页。
　　框架式模型试验，将模型按几何相似原则，缩小n倍，同时将附加荷载也相应地缩小n倍后，在1g重力场中进行模拟试验。然而土是碎散性材料，现实还难以实现在保持其原有物理、力学性质条件下，将其自重应力水平转化为1／n。因此，该试验只是部分满足了物理模型与原型间的几何相似和力学相似，而不能反映原型的整体特征。
　　土工离心模型试验是法国人菲利普（E.Phillips）在1869年首先提出来的，发展迄今，已逾百年。从初始提出时期的默默无闻，到今天世界各国竞相发展土工离心模型试验并使之逐渐成为岩土力学学科研究的重要组成部分，离心机数量的急剧增加和大型化、专业化的发展趋势，使世界上逐渐形成了多个专门的离心模型试验中心，并形成了各自的特色。但该方法同样也存在着无法避免的技术难题，如处于高速旋转的离心机戽头中的土体内，各质点处的离心力的大小随该质点所处的位置至旋转轴心的距离的增加而增大，实质上离心力彼此是不平行的、非均匀的，与原型铅直、均匀作用于土体的重力加速度（1g）存在着明显的差异；还有模型材料粒径效应与模型几何尺寸效应的问题，都会对模型试验的结果产生不利的影响。
　　离心机模型试验利用“离心力场”模拟“重力场”的思想代表着模型试验的发展方向。清华大学曾经探讨了利用水流渗透所产生的拖曳力来增加土体体力的方法，其原理是利用“重力场”和“渗透力场”的叠加来模拟“重力场”，并取得了一定的成果。这种方法要求研究对象必须是饱和体，而且渗透系数必须达到一定程度，自由边界也必须是平面的。然而，利用“外力场”模拟“重力场”的原理和基于“场”相似理论的思想，为地质力学模型试验理论的发展提供了发展方向。地质力学磁力模型试验利用“磁力场”与“重力场”的相似性，用磁性模型相似材料在磁场中所受到的“磁力场”来模拟ng“重力场”。如果将励磁线圈的通电电流调整为交变电流，则可以得到交变电磁场，根据不同地震波的特点，实时控制交变电流的频率、大小和方向，可以实现模拟地震等动荷载的效果，使得在实验室模拟地震等动力荷载变得更为简单和方便。
　　模型试验结果的准确性首先基于相似材料的相似性。在相似材料的研究中除了采用正交设计、均匀设计等试验理论来寻找合适相似材料的配合比外，作者提出了基于模糊评判理论的模型试验相似材料择优方法；针对模型试验中相似条件不能完全满足的问题，作者提出了畸变补偿方法修正地质力学模型试验的相似理论；结合三峡库区滑坡模型的特点，作者开发了考虑水库蓄水和大气降雨作用下的滑坡物理模型试验系统；借鉴离心机模型试验利用离心力场模拟ng重力场的思想，作者采用含有铁磁的相似材料在磁场中受到的磁力场来模拟ng重力场，建立了地质力学磁力模型试验理论，并研制了一台地质力学磁力模型试验设备。
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