巖石力學實驗模擬技術

前言
緒論
第一章 相似模擬研究
第一節(jié) 概述
一、相似模擬研究的基本概念
二、相似模擬研究的應用
三、相似模擬實驗技術的發(fā)展與存在的問題
第二節(jié) 相似理論
一、相似概念
二、相似理論
第三節(jié) 相似模擬法的單值條件和相似判據(jù)
一、幾何相似
二、物理相似
三、初始狀態(tài)相似
四、邊界條件相似
第二章 相似材料
第一節(jié) 概述
一、對相似材料的基本要求
二、相似材料的分類
三、骨料的主要技術特征
四、膠結材料的主要技術特征
五、相似材料的選擇
第二節(jié) 模型結構材料
一、模型混凝土塊的模型材料
二、模擬巖石的模型材料
三、模擬地質構造的模型材料
第三節(jié) 影響石膏膠結材料力學性質的主要因素
一、水灰比
二、輔助膠結物
三、材料配比的影響
四、濕度的影響
五、摻加劑對石膏、水泥凝固時間的影響
六、砂膠比對材料強度的影響
七、含水率對材料穩(wěn)定性的影響
第三章 相似模型設計
第一節(jié) 模型試驗架
一、平面模型架
二、轉體模型架
三、立體模型架
第二節(jié) 模型制作和試驗前的準備工作
一、相似材料力學參數(shù)的測定
二、逐層計算模擬巖石的強度指標
三、相似材料配方與配比的選擇
四、計算各分層的材料用量
五、制作模型的步驟
六、實驗前的準備工作
第三節(jié) 模型實驗的加載
一、自重的模擬
二、構造應力模擬
第四章 相似模擬測試技術

第一節(jié) 相似模擬測試方法和測試技術
一、相似模擬測試的任務
二、相似模擬實驗量測的基本方法
第二節(jié) 機械法
一、千分表法
二、機械式應變計
第三節(jié) 光測法
一、水準測量法
二、激光測位移法
三、照相測位移法
四、云紋法
第四節(jié) 電測法
一、電阻應變片
二、電阻應變片的使用選擇
三、粘結劑及其主要特征
四、應變片的粘貼
五、模型內(nèi)應力應變的測試
第五章 相似模擬研究實例
第一節(jié) 地下開采相似模擬研究
一、模擬對象——實驗原型
二、實驗目的
三、模擬采用的相似條件
四、測點布置
五、觀測結果及主要結論
第二節(jié) 利用相似模擬方法研究公路隧道施工力學形態(tài)
一、依托工程概況——相似模擬對象簡介
二、相似模型實驗的方法與目的
三、相似模擬加載系統(tǒng)
四、相似材料的選擇與配比
五、洋碰隧道III類圍巖斷層破碎帶開挖模擬
六、洋碰隧道進口右線軟弱圍巖淺埋段施工開挖模擬
七、洋碰隧道進口左線軟弱圍巖偏壓段施工開挖模擬
八、實驗數(shù)據(jù)分析
第三節(jié) 采場頂板的相似模擬實驗
一、模擬原型與模擬目的
二、實驗方法
三、相似條件
四、模型設計
五、模型建造與養(yǎng)護
六、模型開采實驗
七、實驗結果與分析
八、主要結論
第四節(jié) 水下礦床開采的相似模擬
一、模擬原型與模擬目的
二、模型相似比與模擬架尺寸
三、模型設計與模型相似材料
四、測點測線的布置與測試方法
五、實驗結果與分析
六、主要結論
第五節(jié) 層狀復合巖體力學的相似模擬

一、因次分析法確定各物理量的相似關系
二、黏彈性狀態(tài)下巖體力學現(xiàn)象的因次分析法
三、模型相似系數(shù)的確定
四、層狀復合巖體模型相似關系的確定
五、主要結論
第六節(jié) 巖鹽溶腔穩(wěn)定性的相似模擬
一、模擬情況簡介
二、模型確定依據(jù)
三、模型相似條件
四、模型相似比
五、模型模擬范圍
六、模型制作、加載和量測方法
七、實驗結果分析
八、主要結論
第六章 離心模型法
第一節(jié) 概述
一、離心模擬法的發(fā)展狀況
二、離心模擬實驗在巖土工程領域應用的優(yōu)越性
三、離心模型實驗存在的問題
四、今后的展望與發(fā)展方向
第二節(jié) 離心模型技術的基本原理
一、基本原理
二、離心機轉速n與模型幾何比例N的關系
三、原型與模型的比例關系
四、離心力場的特性
五、模型在離心力場中的運動狀態(tài)
第七章 離心模擬技術
第一節(jié) 離心模擬相似性
一、半無限地基自重應力模擬
二、基本控制方程相似
三、能量方程相似
四、量綱分析
第二節(jié) 離心模擬固有誤差分析
一、徑向加速度分布不均勻引起的誤差
二、離心力分布的不均勻性
三、模型變形引起的誤差
四、離心機啟動與制動時的誤差
五、邊界效應問題
六、粒徑效應問題
第八章 離心設備與離心模擬法的應用
第一節(jié) 離心模擬設備
一、國內(nèi)現(xiàn)有離心機的情況
二、離心機的主要組成
第二節(jié) 離心模擬技術在工程領域中的應用
一、高土石壩離心模型實驗
二、邊坡離心模型實驗
三、擋土墻的模擬實驗
四、隧洞的離心模型實驗
五、地基的離心模擬實驗
六、離心模型實驗在地下開采中的應用

七、在環(huán)境巖土工程中的應用
八、離心模型在地震工程中的應用
九、模擬動態(tài)施工過程
第九章 光測彈性法基本原理
第一節(jié) 概述
一、光測彈性法的發(fā)展
二、光測彈性法研究巖土工程山體壓力的特點
三、光測彈性法的優(yōu)缺點
四、利用光測彈性法研究巖土壓力的幾個方面
第二節(jié) 光學基礎
一、光波振動的表達式及其傳播方程
二、偏振光
三、光的干涉
四、兩個同頻率共面偏振光的合成與干涉
五、兩個同頻率正交平面偏振光的干涉
六、兩個同頻正交平面偏振光相位差的特征
七、折射與雙折射
第三節(jié) 光測法的力學基礎
一、力學基礎
二、暫時雙折射
三、應力～光學定律
第四節(jié) 光的偏振裝置
一、單式偏振光系統(tǒng)
二、復式偏振光系統(tǒng)
三、光彈儀的校正
第五節(jié) 光彈實驗的力學效應
一、光彈模型在平面偏振場中的應力—光學效應
二、等傾線和等差線
三、光彈性模型在圓偏振場中的應力—光學效應
四、模型條紋值K的確定
五、主應力跡線
六、光彈模型凍結法
第六節(jié) 散光光彈法
一、光的散射現(xiàn)象
二、散光光彈法的基本原理
三、散射光彈法的實驗設備
第十章 光測彈性法
第一節(jié) 光彈性材料
一、光彈性模型所用的材料應滿足的要求
二、常用的光彈性材料
三、環(huán)氧樹脂硬膠的原料、配比及制造
四、明膠—甘油軟膠(伊格達膠)
五、瓊脂—甘油軟膠
六、光彈性材料基本性能的測定
第二節(jié) 光彈性模型設計
一、幾何相似常數(shù)的選擇
二、荷載與應力相似常數(shù)的選擇
三、彈性模量相似常數(shù)的選擇
四、應力模型中位移的測量
五、加載設備

六、光彈性模型的制作
第十一章 光測彈性法應用實例
第一節(jié) 條帶開采采場應力分布規(guī)律的光彈性實驗研究
一、實驗研究的目的
二、光彈模型的設計與制作
三、模型的觀測記錄
四、模擬實驗結果的分析
五、結論
第二節(jié) 應用光測彈性法研究上下導坑與品式系統(tǒng)施工方案的優(yōu)劣
一、研究的目的
二、光彈性材料的配比與有關力學參數(shù)的取值
三、模型的制作
四、應力光圖
五、主要結論
第三節(jié) 三峽工程排漂孔壩段的三維光彈應力分析
一、工程概況
二、研究目的與研究內(nèi)容
三、模型制作
四、模擬實驗
五、實驗結果分析
六、結束語
第四節(jié) 隧道爆破動態(tài)響應的動光彈研究
一、概述
二、實驗研究的目的與方法
三、實驗結果與分析
四、結論
第五節(jié) 巷道圍巖自穩(wěn)結構的影響因素分析
一、概述
二、有限元模型及力學假設
三、巷道埋深H的影響
四、側壓系數(shù)λ的影響
五、巷道(洞室)形狀的影響
六、節(jié) 理、裂隙對巷道自穩(wěn)結構的影響
七、結論
第十二章 光彈性應力計和應變計
第一節(jié) 光彈性應力計
一、基本原理
二、光應力計構造
三、光應力計的率定
四、光應力計的埋設
五、現(xiàn)場觀測與計算
六、關于使用光應力計的幾點說明
第二節(jié) 光彈性應變計
一、單向光應變計
二、雙向光應變計
三、光應變計與光應力計的對比
第十三章 底面摩擦模擬研究
第一節(jié) 概述
一、底面摩擦模型的應用情況
二、底面摩擦模型實驗的優(yōu)越性

第二節(jié) 底面摩擦模擬的基本原理
一、基本原理
二、底面摩擦模型的相似關系
第三節(jié) 底面摩擦模型材料
一、對底面摩擦模型材料的要求
二、可塑性材料
三、硬質材料
第四節(jié) 底面摩擦模擬法應用實例
一、井工露天同期采動下邊坡巖體變形機制的模擬實驗研究
二、國道108線某段緩傾角順層邊坡變形破壞機制底面摩擦模擬研究
三、路基不均勻沉降的原因與處治措施的底面摩擦模擬研究
參考文獻