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