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第1章 模型试验相似理论1

1.1 相似的概念1

1.2 相似理论2

1.2.1 相似第一定理——相似现象的性质2

1.2.2 相似第二定理——相似判据的确定4

1.2.3 相似第三定理——相似现象的必要和充分条件5

1.2.4 相似条件5

1.3 相似关系分析方法8

1.3.1 牛顿普遍相似定律8

1.3.2 齐次原理与白金汉π理论10

1.3.3 方程分析法16

1.4 弹塑性阶段的相似关系16

1.4.1 弹性阶段的相似关系17

1.4.2 塑性阶段的相似关系21

1.5 大坝模型试验的相似条件23

1.5.1 结构模型试验的相似条件23

1.5.2 地质力学模型试验的相似条件25

第2章 大坝模型试验方法分类27

2.1 大坝结构模型试验27

2.1.1 结构模型试验的意义和任务27

2.1.2 结构模型试验的主要研究内容27

2.1.3 结构模型试验的类型28

2.2 大坝地质力学模型试验29

2.2.1 地质力学模型试验的目的与意义29

2.2.2 地质力学模型试验的特点和研究内容30

2.2.3 地质力学模型试验的类型30

2.3 其他模型试验方法33

2.3.1 动力模型试验方法33

2.3.2 离心模型试验方法33

第3章 大坝结构模型试验方法与技术34

3.1 概述34

3.1.1 结构模型试验的发展34

3.1.2 结构模型试验的目的及意义36

3.2 结构模型试验的模型材料36

3.2.1 模型材料的分类36

3.2.2 结构模型试验材料的选择37

3.2.3 石膏材料38

3.3 荷载模拟及加载系统布置39

3.3.1 模型荷载的模拟40

3.3.2 模型加载系统41

3.4 结构模型试验量测技术43

3.4.1 电测法的基本原理44

3.4.2 应变量测的准备工作44

3.4.3 应变量测计——电阻应变片46

3.4.4 位移的量测52

3.4.5 光纤传感监测大坝裂缝53

3.5 结构模型的设计与制作55

3.5.1 模型设计55

3.5.2 模型的制作60

3.6 结构模型试验成果分析63

3.6.1 试验数据的整理及误差分析63

3.6.2 应力成果分析与计算68

3.6.3 模型和原型的位移计算76

3.6.4 结构模型破坏试验成果分析76

第4章 大坝地质力学模型试验方法与技术78

4.1 地质力学模型试验方法78

4.1.1 三种破坏试验方法78

4.1.2 模型试验安全系数表达式80

4.1.3 地质力学模型试验程序84

4.2 地基岩石力学指标测试概述85

4.2.1 试样85

4.2.2 岩石块体密度测试87

4.2.3 单轴压缩试验89

4.2.4 岩石抗拉强度测试92

4.2.5 岩石三轴压缩试验93

4.3 地质力学模型材料95

4.3.1 材料选用的基本原则95

4.3.2 模型相似材料的研制96

4.3.3 不同性能的岩体相似材料99

4.3.4 模型材料的成型工艺102

4.4 模型加载系统与量测系统104

4.4.1 自重的模拟104

4.4.2 荷载设计与加载系统105

4.4.3 模型量测系统107

4.5 地质力学模型的设计与制作108

4.5.1 模型的设计内容与优化108

4.5.2 模型比尺CL的选择108

4.5.3 地质力学模型制作109

4.6 试验成果分析113

4.6.1 试验数据误差分析113

4.6.2 试验成果整理分析114

4.6.3 试验成果报告的编写115

第5章 模型试验新技术116

5.1 概述116

5.2 变温相似材料117

5.2.1 基本原理117

5.2.2 变温相似材料分类120

5.2.3 变温相似材料的温度特性研究121

5.3 升温降强试验模拟技术123

5.3.1 升温降强试验原理123

5.3.2 升温降强控制系统及其在模型中的实现123

5.4 岩体结构面弱化效应试验研究125

5.4.1 弱化试验的目的125

5.4.2 弱化试验设计与试验步骤125

5.4.3 弱化试验成果128

第6章 沙牌拱坝结构模型试验研究130

6.1 工程概况与试验研究任务130

6.1.1 工程枢纽概况130

6.1.2 坝址区地形地质条件133

6.1.3 工程主要特征参数及荷载135

6.1.4 试验研究任务136

6.2 坝体分缝形式结构模型试验研究136

6.2.1 试验方案136

6.2.2 模型设计与制作137

6.2.3 试验成果及分析139

6.3 拱坝开裂与破坏机制模型试验研究146

6.3.1 试验研究内容146

6.3.2 基于断裂力学的诱导缝原、模型开裂相似关系式146

6.3.3 断裂特性试验研究148

6.3.4 模型材料力学参数的确定及诱导缝的相似模拟153

6.3.5 拱坝结构模型破坏试验155

6.4 沙牌拱坝的建设及运行现状161

第7章 锦屏一级拱坝地质力学模型试验研究164

7.1 工程概况及试验研究内容164

7.1.1 工程枢纽概况164

7.1.2 地形地貌164

7.1.3 岩层特性166

7.1.4 影响坝肩稳定的主要地质构造166

7.1.5 坝肩坝基加固处理方案167

7.1.6 试验研究内容168

7.2 拱坝三维地质力学模型试验设计168

7.2.1 模型模拟范围168

7.2.2 模型的制作与加工169

7.2.3 模型加载与量测系统173

7.2.4 综合法试验降强幅度的确定175

7.2.5 试验方法与试验程序176

7.3 天然地基条件下试验研究成果176

7.3.1 应变及变位分布特征176

7.3.2 破坏过程、破坏形态及综合稳定安全系数179

7.4 加固地基条件下试验研究成果181

7.4.1 应变及变位分布特征181

7.4.2 破坏过程、破坏形态及综合稳定安全系数184

7.5 加固前后试验成果对比分析及加固效果评价186

7.5.1 两次试验的异同点186

7.5.2 坝体变位和应变成果对比分析188

7.5.3 坝肩及抗力体表面变位对比分析190

7.5.4 主要结构面相对变位对比分析191

7.5.5 破坏过程与破坏形态对比分析193

7.5.6 两次试验综合稳定安全系数的比较195

7.5.7 加固效果评价196

7.6 锦屏一级拱坝建设与运行现状196

第8章 小湾拱坝地质力学模型试验研究198

8.1 工程概况及试验研究内容198

8.1.1 工程概况198

8.1.2 坝址区工程地质条件198

8.1.3 坝肩加固措施200

8.1.4 试验研究内容201

8.2 拱坝平面地质力学模型试验201

8.2.1 试验内容及要求201

8.2.2 模型设计与制作201

8.2.3 模型加载与量测系统204

8.2.4 加固前后试验成果对比分析205

8.3 拱坝整体地质力学模型试验研究209

8.3.1 模型设计与制作209

8.3.2 浅层卸荷岩体及节理裂隙模拟210

8.3.3 模型加载与量测系统212

8.3.4 试验成果分析213

8.3.5 模型破坏过程、破坏形态及安全度评价216

8.4 小湾工程建设情况与运行现状218

第9章 武都重力坝三维地质力学模型试验研究219

9.1 工程概况及试验研究内容219

9.1.1 工程概况219

9.1.2 模型试验研究内容220

9.2 三维地质力学模型试验方案与模型设计221

9.2.1 模型相似常数及原模型力学参数221

9.2.2 天然地基方案模型试验222

9.2.3 加固地基方案模型试验224

9.3 天然坝基模型试验研究成果227

9.3.1 变位及应变成果227

9.3.2 模型破坏形态与破坏机理229

9.3.3 超载稳定安全系数评价231

9.3.4 坝基加固处理的必要性231

9.4 加固坝基模型试验研究成果232

9.4.1 变位及应变成果232

9.4.2 模型破坏形态234

9.4.3 综合稳定安全系数评价235

9.4.4 坝基加固效果评价235

9.5 武都水库工程建设情况与运行现状236

第10章 国外典型大坝工程地质力学模型试验238

10.1 伊泰普空腹重力坝238

10.1.1 工程概况238

10.1.2 工程地质条件240

10.1.3 坝基岩体力学特性研究241

10.1.4 地质力学模型试验242

10.2 瓦依昂拱坝244

10.2.1 工程概况244

10.2.2 瓦依昂坝址地质特征245

10.2.3 瓦依昂坝基岩石力学试验246

10.2.4 地力学模型试验246

10.3 川俣拱坝248

10.3.1 工程概况248

10.3.2 工程地质条件249

10.3.3 坝基岩体力学性质研究250

10.3.4 坝肩岩体稳定分析及采用的安全系数251

10.3.5 基础处理252

主要符号表255

主要参考文献256