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绪论1

第一章 相似模拟研究3

第一节 概述3

一、相似模拟研究的基本概念3

二、相似模拟研究的应用4

三、相似模拟实验技术的发展与存在的问题5

第二节 相似理论6

一、相似概念6

二、相似理论6

第三节 相似模拟法的单值条件和相似判据16

一、几何相似16

二、物理相似17

三、初始状态相似22

四、边界条件相似24

一、对相似材料的基本要求25

二、相似材料的分类25

第一节 概 述25

第二章 相似材料25

三、骨料的主要技术特征26

四、胶结材料的主要技术特征26

五、相似材料的选择29

第二节 模型结构材料30

一、模型混凝土块的模型材料30

二、模拟岩石的模型材料33

三、模拟地质构造的模型材料41

第三节 影响石膏胶结材料力学性质的主要因素42

一、水灰比42

二、辅助胶结物42

三、材料配比的影响43

四、湿度的影响43

五、掺加剂对石膏、水泥凝固时间的影响43

七、含水率对材料稳定性的影响44

六、砂胶比对材料强度的影响44

第三章 相似模型设计46

第一节 模型试验架46

一、平面模型架46

二、转体模型架47

三、立体模型架48

第二节 模型制作和试验前的准备工作51

一、相似材料力学参数的测定51

二、逐层计算模拟岩石的强度指标56

三、相似材料配方与配比的选择57

四、计算各分层的材料用量59

五、制作模型的步骤59

六、实验前的准备工作60

第三节 模型实验的加载60

一、自重的模拟60

二、构造应力模拟62

第四章 相似模拟测试技术63

第一节 相 似模拟测试方法和测试技术63

一、相似模拟测试的任务63

二、相似模拟实验量测的基本方法63

第二节 机械法65

一、千分表法65

二、机械式应变计65

第三节 光测法66

一、水准测量法66

二、激光测位移法67

三、照相测位移法68

四、云纹法68

第四节 电测法69

一、电阻应变片69

二、电阻应变片的使用选择71

四、应变片的粘贴75

三、粘结剂及其主要特征75

五、模型内应力应变的测试78

第五章 相似模拟研究实例82

第一节 地下开采相似模拟研究82

一、模拟对象——实验原型82

二、实验目的82

三、模拟采用的相似条件82

四、测点布置83

五、观测结果及主要结论84

第二节 利用相似模拟方法研究公路隧道施工力学形态88

一、依托工程概况——相似模拟对象简介88

二、相似模型实验的方法与目的88

三、相似模拟加载系统88

四、相似材料的选择与配比89

五、洋碰隧道Ⅲ类围岩断层破碎带开挖模拟91

六、洋碰隧道进口右线软弱围岩浅埋段施工开挖模拟92

七、洋碰隧道进口左线软弱围岩偏压段施工开挖模拟93

八、实验数据分析93

第三节 采场顶板的相似模拟实验95

一、模拟原型与模拟目的95

二、实验方法95

三、相似条件95

四、模型设计97

五、模型建造与养护97

六、模型开采实验97

七、实验结果与分析97

八、主要结论99

第四节 水下矿床开采的相似模拟100

一、模拟原型与模拟目的100

二、模型相似比与模拟架尺寸100

三、模型设计与模型相似材料100

四、测点测线的布置与测试方法101

五、实验结果与分析102

六、主要结论103

第五节 层状复合岩体力学的相似模拟103

一、因次分析法确定各物理量的相似关系103

二、黏弹性状态下岩体力学现象的因次分析法103

三、模型相似系数的确定105

四、层状复合岩体模型相似关系的确定105

五、主要结论107

二、模型确定依据108

一、模拟情况简介108

第六节 岩盐溶腔稳定性的相似模拟108

三、模型相似条件110

四、模型相似比111

五、模型模拟范围111

六、模型制作、加载和量测方法111

七、实验结果分析112

八、主要结论113

二、离心模拟实验在岩土工程领域应用的优越性114

一、离心模拟法的发展状况114

第六章 离心模型法114

第一节 概述114

三、离心模型实验存在的问题115

四、今后的展望与发展方向117

第二节 离心模型技术的基本原理119

一、基本原理119

二、离心机转速n与模型几何比例N的关系120

三、原型与模型的比例关系121

四、离心力场的特性124

五、模型在离心力场中的运动状态126

第七章 离心模拟技术128

第一节 离心模拟相似性128

一、半无限地基自重应力模拟128

二、基本控制方程相似128

三、能量方程相似130

四、量纲分析131

第二节 离心模拟固有误差分析133

一、径向加速度分布不均匀引起的误差133

二、离心力分布的不均匀性134

三、模型变形引起的误差135

四、离心机启动与制动时的误差136

五、边界效应问题136

六、粒径效应问题136

第八章 离心设备与离心模拟法的应用138

第一节 离心模拟设备138

一、国内现有离心机的情况138

二、离心机的主要组成139

第二节 离心模拟技术在工程领域中的应用140

一、高土石坝离心模型实验141

二、边坡离心模型实验141

五、地基的离心模拟实验142

四、隧洞的离心模型实验142

三、挡土墙的模拟实验142

六、离心模型实验在地下开采中的应用143

七、在环境岩土工程中的应用143

八、离心模型在地震工程中的应用144

九、模拟动态施工过程144

第九章 光测弹性法基本原理145

第一节 概述145

一、光测弹性法的发展145

二、光测弹性法研究岩土工程山体压力的特点146

三、光测弹性法的优缺点146

四、利用光测弹性法研究岩土压力的几个方面147

第二节 光学基础147

一、光波振动的表达式及其传播方程147

二、偏振光148

三、光的干涉149

五、两个同频率正交平面偏振光的干涉150

四、两个同频率共面偏振光的合成与干涉150

六、两个同频正交平面偏振光相位差的特征151

七、折射与双折射154

第三节 光测法的力学基础156

一、力学基础156

二、暂时双折射157

三、应力－光学定律157

第四节 光的偏振装置158

一、单式偏振光系统158

二、复式偏振光系统159

三、光弹仪的校正160

第五节 光弹实验的力学效应161

一、光弹模型在平面偏振场中的应力－光学效应161

二、等倾线和等差线163

三、光弹性模型在圆偏振场中的应力－光学效应166

四、模型条纹值K的确定170

五、主应力迹线172

六、光弹模型冻结法174

第六节 散光光弹法175

一、光的散射现象175

二、散光光弹法的基本原理176

三、散射光弹法的实验设备178

第十章 光测弹性法179

第一节 光弹性材料179

一、光弹性模型所用的材料应满足的要求179

二、常用的光弹性材料179

三、环氧树脂硬胶的原料、配比及制造179

四、明胶－甘油软胶（伊格达胶）183

五、琼脂－甘油软胶183

六、光弹性材料基本性能的测定184

第二节 光弹性模型设计187

一、几何相似常数的选择187

二、荷载与应力相似常数的选择188

三、弹性模量相似常数的选择189

四、应力模型中位移的测量190

五、加载设备190

六、光弹性模型的制作191

第十一章 光测弹性法应用实例192

第一节 条带开采采场应力分布规律的光弹性实验研究192

一、实验研究的目的192

二、光弹模型的设计与制作192

三、模型的观测记录194

四、模拟实验结果的分析194

五、结论197

第二节 应用光测弹性法研究上下导坑与品式系统施工方案的优劣197

一、研究的目的197

二、光弹性材料的配比与有关力学参数的取值197

三、模型的制作197

五、主要结论199

四、应力光图199

第三节 三峡工程排漂孔坝段的三维光弹应力分析202

一、工程概况202

二、研究目的与研究内容202

三、模型制作202

四、模拟实验203

五、实验结果分析204

六、结束语206

第四节 隧道爆破动态响应的动光弹研究206

一、概述206

二、实验研究的目的与方法207

三、实验结果与分析208

四、结论211

第五节 巷道围岩自稳结构的影响因素分析212

一、概述212

二、有限元模型及力学假设212

三、巷道埋深H的影响213

四、侧压系数λ的影响214

五、巷道（洞室）形状的影响216

六、节理、裂隙对巷道自稳结构的影响217

七、结论217

第十二章 光弹性应力计和应变计219

第一节 光弹性应力计219

一、基本原理219

二、光应力计构造219

三、光应力计的率定220

四、光应力计的埋设220

五、现场观测与计算222

六、关于使用光应力计的几点说明225

第二节 光弹性应变计226

一、单向光应变计226

二、双向光应变计229

三、光应变计与光应力计的对比233

第十三章 底面摩擦模拟研究234

第一节 概述234

一、底面摩擦模型的应用情况234

二、底面摩擦模型实验的优越性234

第二节 底面摩擦模拟的基本原理235

一、基本原理235

二、底面摩擦模型的相似关系236

第三节 底面摩擦模型材料238

一、对底面摩擦模型材料的要求238

二、可塑性材料238

三、硬质材料239

第四节 底面摩擦模拟法应用实例239

一、井工露天同期采动下边坡岩体变形机制的模拟实验研究239

二、国道108线某段缓倾角顺层边坡变形破坏机制底面摩擦模拟研究242

三、路基不均匀沉降的原因与处治措施的底面摩擦模拟研究247

参考文献251