岩土离心模拟技术的原理和工程应用PDF电子书下载

第1章 岩土工程物理模拟的基本理论 1

1.1 岩土物理模拟技术概况 1

1.1.1 1g小比尺模型试验 3

1.1.2 1g大比尺模型试验 3

1.1.3 校准筒试验（Calibration chambers test,CCT） 3

1.1.4 1g振动台模型试验 3

1.1.5 离心模型试验 4

1.1.6 地质力学模型试验（Geomechanical model test） 4

1.2 岩土离心模拟的基本原理 5

1.3 离心模拟技术的主要应用 6

1.3.1 原型模拟 6

1.3.2 新课题的研究 6

1.3.3 参数研究 6

1.3.4 数值模型验证 6

1.4 离心模拟的主要局限性 7

1.5 岩土离心模拟技术的发展简史 7

第2章 离心模拟的运动学原理及相似比 12

2.1 离心模拟的运动学原理 12

2.2 离心模拟的相似比概述 13

2.3 静力模型试验的相似比 13

2.3.1 基本相似比 13

2.3.2 渗流问题 15

2.3.3 固结问题 15

2.4 动力模型试验的相似比 16

2.5 非饱和土问题的相似比 17

2.5.1 毛细水上升 17

2.5.2 含水量和吸力分布 18

第3章 离心模型试验的误差与减少误差的方法 20

3.1 相似比方面的误差 20

3.1.1 结构物尺寸与土粒粒径的关系 20

3.1.2 粒径模拟的方法 20

3.1.3 材料结构性（aging）模拟 21

3.1.4 物理现象的耦合 21

3.2 土工离心装置和辅助设备中的误差 22

3.2.1 不均匀加速度场 22

3.2.2 模型箱尺寸和边界 23

3.2.3 科氏加速度的影响 24

3.2.4 量测系统的误差 25

3.3 施工过程模拟中的误差 26

3.3.1 开挖和堆填 26

3.3.2 入桩过程 26

3.3.3 荷载模拟 26

3.4 小结 27

第4章 离心模拟试验的主要设备 29

4.1 概述 29

4.2 土工离心机主机设计 37

4.2.1 离心机主机设计原理 39

4.2.2 机械系统 47

4.2.3 驱动控制系统 52

4.3 数据采集系统 59

4.3.1 概述 59

4.3.2 静态数据采集 61

4.3.3 动态数据采集 62

4.3.4 照相 64

4.3.5 摄像 65

4.3.6 图像处理 66

4.3.7 测量传感器选择 66

4.4 离心模型试验专用装置 67

4.4.1 振动台 67

4.4.2 机械手 70

4.4.3 模型箱 71

4.4.4 加载与卸载装置 72

4.5 中国土工离心机主要性能表（截至2010年） 75

第5章 土石坝和堤防工程的离心模拟 81

5.1 概述 81

5.2 土石坝材料的模拟 81

5.2.1 粒径效应 81

5.2.2 模型箱的尺寸效应 82

5.2.3 模型箱的边界效应 83

5.3 局部模型或小比尺模型试验 83

5.4 模型设计及观测方法 84

5.4.1 模型设计 84

5.4.2 模型制作 89

5.4.3 模型观测技术 90

5.4.4 土石坝施工期的模拟 91

5.4.5 土石坝渗流及溃坝的模拟 92

5.5 土石坝、土质堤防离心模型试验实例 92

5.5.1 混凝土面板堆石坝 92

5.5.2 某心墙堆石坝水力劈裂试验 99

5.5.3 瀑布沟坝基防渗墙离心模型试验 103

5.5.4 三峡二期围堰水下抛填风化砂的密度和坡角的模型试验 106

5.6 长江堤防防渗墙施工中堤身裂缝机理研究 107

5.6.1 缘由 107

5.6.2 试验模型和试验方法 108

5.6.3 试验结果与分析 109

第6章 土质边坡的离心模拟 111

6.1 概述 111

6.2 堤防稳定性离心模型试验研究 112

6.2.1 概况 112

6.2.2 稳定性离心模型试验原理 113

6.2.3 边坡和地基的模型试验 115

6.2.4 试验程序 119

6.2.5 试验结果及分析 119

6.2.6 小结 125

6.3 航道边坡离心模型试验 125

6.3.1 概况 125

6.3.2 模型制备和量测布置 126

6.3.3 模型试验步骤 129

6.3.4 试验结果和分析 129

6.3.5 原型边坡稳定安全系数的估算 133

6.3.6 小结 135

第7章 地下工程的离心模拟 137

7.1 概述 137

7.2 隧道开挖引起的地层变形及土压力分布 138

7.2.1 概述 138

7.2.2 离心力场中模拟隧道开挖的方法 139

7.2.3 隧道开挖断面的稳定和变形问题 142

7.3 隧道开挖对相邻结构物的影响 145

7.3.1 隧道开挖对桩基的影响 145

7.3.2 隧道开挖对既有隧道（管线）的影响 150

7.4 隧道地震响应的离心模拟 157

7.4.1 概述 157

7.4.2 试验设计 158

7.4.3 试验结果及分析 161

7.4.4 矩形隧道抗震离心模型试验 166

7.5 管道埋设中的离心模型试验 171

7.5.1 试验概况 171

7.5.2 柔性管的弯矩 172

7.5.3 刚性管的土压力 173

第8章 挡土结构和开挖工程的离心模拟 177

8.1 重力式挡土结构的离心模拟 177

8.1.1 概述 177

8.1.2 重力式挡土结构的受力机理 179

8.1.3 重力式挡土结构的离心模拟试验 181

8.2 加筋挡墙离心模拟机理研究简述 184

8.2.1 加筋挡墙离心模型试验的若干成果 184

8.2.2 土钉墙研究中的一些成果 189

8.3 支撑式挡土结构及基坑工程的离心模拟 189

8.3.1 支撑式挡土结构的力学机理 189

8.3.2 离心试验中开挖及支撑的模拟技术 193

8.3.3 国内外基坑开挖离心模拟的现状 193

8.4 支撑式挡土结构及基坑工程的变形及失效 196

8.4.1 上海地铁4号线修复工程中38m超深基坑开挖工程 196

8.4.2 上海地铁7号线常熟路站基坑离心模型试验 210

第9章 加筋土工程与软基处理的离心模拟 220

9.1 概述 220

9.1.1 加筋土的应用及发展 220

9.1.2 土钉墙与锚杆加固技术简介 221

9.1.3 软基处理工程简介 221

9.1.4 吹填土工程简介 222

9.2 加筋土工程离心模拟的一般问题 222

9.2.1 常用加筋材料及分类 223

9.2.2 加筋材料模拟准则 223

9.2.3 离心模型试验中加筋材料的选择 230

9.2.4 离心模型试验中加筋材料应变的测量 230

9.3 加筋土挡墙的离心模拟 234

9.3.1 加筋土挡墙模型材料的模拟 234

9.3.2 单级加筋土挡墙的离心模拟 235

9.3.3 多级加筋挡墙的离心模拟 244

9.4 加筋土边坡的离心模拟 246

9.4.1 加筋土边坡的离心模拟 246

9.4.2 纤维加筋边坡的离心模拟 250

9.4.3 加筋土结构的动力离心模拟 250

9.5 加筋土地基的离心模拟 252

9.5.1 加筋土地基离心模拟的内容 252

9.5.2 加筋土地基的离心模型试验 252

9.6 土钉墙与锚杆加固的离心模拟 254

9.6.1 土钉与锚杆的定义 254

9.6.2 土钉与锚杆的模拟准则及模拟方法 255

9.6.3 土钉墙的离心模拟 258

9.6.4 锚杆加固边坡的离心模拟 261

9.7 软基处理的离心模拟 262

9.7.1 排水固结处理软基的离心模拟 262

9.7.2 深层搅拌处理软基的离心模拟 265

9.7.3 深厚软基处理的离心模拟 268

9.8 吹填土的离心模拟 269

9.8.1 吹填土的模拟方法 269

9.8.2 吹填土的离心模型试验成果 269

第10章 港口工程与海洋平台的离心模拟 278

10.1 概述 278

10.2 新型遮帘式板桩码头结构离心模型试验 278

10.2.1 概况 278

10.2.2 工程地质条件 279

10.2.3 模型设计 279

10.2.4 模型量测 282

10.2.5 试验程序 285

10.2.6 纯砂地基土模型试验结果分析 286

10.2.7 结构验证模型试验研究 290

10.2.8 研究小结 298

10.3 沉入式大圆筒码头结构工作机理离心试验研究 299

10.3.1 概况 299

10.3.2 土工离心模型试验 300

10.3.3 模型制备和试验程序 303

10.3.4 试验结果分析 305

10.3.5 本节小结 309

10.4 格形钢板桩码头的离心模拟 310

10.4.1 概述 310

10.4.2 格形钢板桩结构的模拟准则及方法 311

10.4.3 格形钢板桩码头的离心模拟 312

10.5 近海防波堤工程 320

10.5.1 黄骅港工程试验模型和试验方法 321

10.5.2 试验结果及分析 322

10.6 海洋平台的离心模拟 324

10.6.1 海洋平台离心模型试验若干技术问题 324

10.6.2 梁柱式海洋平台的离心模拟 327

10.6.3 海洋平台吸力式基础的离心模拟 331

第11章 路基加固技术的离心模拟 340

11.1 概述 340

11.2 斜坡软弱土地基路堤变形特性及加固技术的离心模拟 341

11.2.1 试验设计 342

11.2.2 斜坡软弱土地基路堤变形特性的离心模拟 343

11.2.3 斜坡软弱土地基路堤加固技术的离心模拟 346

11.3 深厚软土地基路堤加固技术的离心模拟 348

11.3.1 深厚软基多种加固方案的离心模拟 348

11.3.2 下卧层条件对桩网复合地基加固效果影响的离心模拟 355

11.3.3 路堤垫层结构对软基沉降变形影响的离心模拟 363

11.4 高强度桩复合地基路堤工程特性的离心模拟 371

11.4.1 试验设计 371

11.4.2 试验结果与分析 375

11.5 高速铁路无砟轨道桩板结构路基工程离心模型试验 384

11.5.1 试验设计 384

11.5.2 试验成果及分析 387

11.6 红层泥岩及改良土路堤长期沉降特性的离心模型试验 388

11.6.1 试验设计 388

11.6.2 试验成果及分析 390

第12章 环境岩土工程的离心模拟 397

12.1 概述 397

12.2 固体废弃物填埋场静动力稳定问题的离心模型试验 398

12.2.1 固体废弃物（MSW）堆体静力稳定机理 398

12.2.2 固体废弃物堆体静力稳定问题的离心模型试验 400

12.2.3 固体废弃物堆体动力特性的离心模型试验 405

12.3 填埋场衬垫系统变形与破坏问题的离心模拟 408

12.3.1 黏土衬垫变形问题的离心模拟 408

12.3.2 土工膜动力响应问题的离心模型试验 413

12.3.3 土工合成材料界面动力特性的离心模型试验 416

12.4 污染物运移的离心模型试验 417

12.4.1 污染物通过多孔介质的运移机理 417

12.4.2 污染物在饱和黏土中运移的离心模拟 418

12.4.3 污染物和压实黏土相容性的离心模拟 421

12.4.4 污染物在表层非饱和土中运移的离心模拟 425

12.5 环境岩土工程中污染物的扩散和迁移 427

12.5.1 概述 427

12.5.2 重金属的扩散 428

12.5.3 LNAPLs的运移 428

第13章 岩石力学研究中的离心模拟 434

13.1 概述 434

13.2 离心地质力学模拟技术的发展 435

13.3 工程岩体物理模拟的相似理论 435

13.4 岩石离心模拟的材料研究 437

13.5 三峡工程高边坡的离心模型试验 439

13.5.1 高边坡工程情况 439

13.5.2 岩石边坡开挖模型试验概况 439

13.5.3 岩石边坡破坏机理的研究 441

13.6 非连续变形分析法（DDA）成果的离心模拟验证 442

13.6.1 概述 442

13.6.2 非连续变形分析法（DDA）简介 442

13.6.3 离心模型试验设备 443

13.6.4 离心模型试验概况 444

13.6.5 离心模型试验成果分析 445

13.6.6 块体系统稳定性DDA的离心数值模拟 445

第14章 岩土工程动力问题的离心模拟 449

14.1 概述 449

14.2 动力模拟的相似关系 449

14.3 地震模拟试验设备 454

14.3.1 振动台 454

14.3.2 地震模拟试验模型箱 457

14.4 地震液化及震陷变形离心模拟 458

14.4.1 地震液化 458

14.4.2 震陷变形 461

14.5 爆炸和冲击荷载的离心模拟 465

14.6 土动力学问题的离心模拟 469

14.6.1 清华大学离心机振动台 469

14.6.2 黏土地基上地铁隧道模拟 469

14.6.3 砂土边坡地震动力响应离心模拟 471

14.6.4 抗滑桩加固边坡动力离心模拟 472

第15章 若干专题研究 477

15.1 专题1——土工离心机设备的建设和发展 477

15.1.1 国外若干大型土工离心机简介 477

15.1.2 土工离心机若干设备的发展趋势 484

15.1.3 土工离心机试验室配套建筑物功能和要求 485

15.2 专题2——承载力离心模型试验中的粒径效应 487

15.2.1 粒径效应产生的缘由 487

15.2.2 影响粒径效应的因素 487

15.2.3 研究思路与方法 487

15.2.4 研究现状 490

15.2.5 问题与展望 496

15.3 专题3——国内有关离心模拟技术研究、理论验证和工程应用 500

15.3.1 概述 500

15.3.2 地基承载力的离心模拟 500

15.3.3 离心机中入桩设备和桩基础试验 505

15.3.4 土坡稳定分析 512

15.3.5 冻土工程的离心模拟 517

15.3.6 隧洞衬砌上的土压力研究 521

15.3.7 土石坝心墙水力劈裂机理研究 524

15.4 专题4——香港离心模拟的工程实践 530

15.4.1 香港科技大学的土工离心机 530

15.4.2 香港科技大学岩土离心模拟研究实例 535

15.4.3 香港科技大学其他正在研究的项目 548

15.4.4 2006年在香港科技大学召开的第六届国际岩土工程物理模型大会 554