水工大壩與地基模型試驗及工程應用

《水工大壩與地基模型試驗及工程應用》全面地介紹了：水工大壩結構模型與地質力學模型試驗的有關理論、方法和技術以及在高壩工程中的應用，主要內容包括模型相似理論、大壩結構模型試驗方法與技術、大壩地質力學模型試驗方法與技術，重點介紹了兩類模型相似原理、模型材料、加載系統、量測技術、成果分析等相關內容。同時，還介紹了應用模型試驗手段解決高壩工程穩定安全問題的典型工程實例。 ^[1] 

第1章 模型相似理論

1.1 物理現象相似

1.2 相似現象的幾個基本概念

1.3 相似理論

1.3.1 相似第一定理——相似現象的性質

1.3.2 相似第二定理(π定理)——相似判據的確定

1.3.3 相似第三定理——相似現象的必要和充分條件

1.3.4 相似條件

1.4 相似關係的分析方法

1.4.1 牛頓的普遍相似定律

1.4.2 齊次原理與白漢全π理論

1.4.3 方程分析法

1.5 彈、塑性階段的相似關係

1.5.1 彈性階段的相似關係

1.5.2 塑性階段的相似關係

第2章 大壩結構模型試驗方法與技術

2.1 概述

2.2 結構模型試驗的目的及意義

2.3 結構模型試驗的分類

2.3.1 按受力階段分類

2.3.2 按結構類型分類

2.3.3 按材料本構關係分類

2.4 結構模型試驗的相似性要求

2.4.1 結構線彈性應力模型的相似性要求

2.4.2 結構模型破壞試驗的相似性要求

2.5 結構模型試驗的模型材料

2.5.1 模型材料的分類

2.5.2 結構模型試驗材料選擇

2.5.3 石膏材料

2.6 結構模型的設計與製作

2.6.1 模型設計的主要內容

2.6.2 確定合適的模擬範圍

2.6.3 模型比尺CL的正確選擇

2.6.4 模型的製作

2.7 結構模型荷載模擬及加載系統

2.7.1 模型荷載的模擬

2.7.2 模型加載系統

2.8 結構模型試驗量測技術

2.8.1 電測法的基本原理

2.8.2 應變的量測——電阻應變片

2.8.3 位移的量測

2.8.4 光纖傳感監測大壩裂縫

2.9 結構模型試驗成果分析

2.9.1 試驗數據的整理分析

2.9.2 誤差分析

2.9.3 線彈性應力模型應力和位移計算

2.9.4 結構模型破壞試驗成果分析

第3章 大壩地質力學模型試驗方法與技術

3.1 概述

3.1.1 地質力學模型試驗的目的與意義

3.1.2 地質力學模型試驗的特點和研究內容

3.1.3 地質力學模型試驗的類型

3.1.4 地質力學模型試驗的發展簡況及趨向

3.2 地質力學模型試驗原理及試驗方法

3.2.1 地質力學模型試驗的相似原理

3.2.2 模型破壞試驗方法的原理及其理論依據

3.3 地基岩石力學指標測試概述

3.3.1 試樣

3.3.2 岩石決體密度測試

3.3.3 單軸壓縮試驗

3.3.4 岩石抗拉強度測試

3.3.5 岩石三軸壓縮試驗

3.4 地質力學模型材料

3.4.1 概述

3.4.2 地質力學模型材料的發展簡況及現狀

3.4.3 澆模成型材料與壓模成型材料

3.4.4 變温相似材料

3.5 地質力學模型的設計與製作

3.5.1 模型的設計內容與優化

3.5.2 模型比尺CL的選擇

3.5.3 地質力學模型製作

3.6 模型加載設計

3.6.1 自重的模擬

3.6.2 荷載組合的設計與加載系統

3.7 模型量測系統

3.7.1 內部相對位移的量測

3.7.2 強度儲備法試驗中温度的量測

3.8 試驗成果分析

3.8.1 試驗成果誤差分析

3.8.2 試驗成果的分析

3.8.3 試驗成果報告的編寫

第4章 沙牌拱壩結構模型與地質力學模型試驗

4.1 工程概況

4.2 壩址區地形地質條件

4.3 試驗研究內容

4.4 壩體結構特性的整體結構模型試驗研究

4.4.1 模型簡介

4.4.2 結構模型試驗成果及分析

4.5 壩肩穩定的地質力學模型試驗

4.5.1 模型設計與製作

4.5.2 模型加載與量測系統

4.5.3 試驗成果分析

4.6 拱壩開裂與破壞機制研究

4.6.1 拱壩開裂的光纖傳感檢測試驗

4.6.2 拱壩誘導縫的開裂相似模擬

4.6.3 試驗結果分析

4.7 加固處理方案建議

第5章 錦屏一級拱壩地質力學模型試驗研究

5.1 工程概況

5.2 壩址區工程地質條件

5.3 壩肩壩基整體地質力學模型試驗研究

5.3.1 模型設計與製作工藝

5.3.2 模型加載與量測系統

5.3.3 試驗成果分析

第6章 小灣拱壩地質力學模型試驗研究

6.1 工程概況

6.2 壩址區工程地質條件

6.3 拱壩整體地質力學模型試驗研究

6.3.1 模型設計與製作工藝

6.3.2 模型加載與量測系統

6.3.3 壩體與壩肩變形分析

6.3.4 模型破壞過程、破壞形態及安全度評價

6.4 拱壩平面地質力學模型試驗研究

6.4.1 試驗內容及要求

6.4.2 模型設計與製作工藝

6.4.3 模型加載與量測系統

6.4.4 兩種方案試驗成果對比分析

第7章 重力壩三維地質力學模型試驗研究

7.1 試驗研究的目的和意義

7.2 工程概況與壩基地質構造

7.3 三維地質力學模型試驗研究

7.3.1 模型相似係數及原模型力學參數

7.3.2 天然地基方案模型試驗

7.3.3 加固地基方案模型試驗

7.4 試驗成果分析

7.4.1 試驗成果

7.4.2 模型破壞形態與破壞機理

7.4.3 穩定安全度評價

7.5 結論與建議

第8章 國外典型工程地質力學模型試驗研究

8.1 瓦依昂拱壩

8.1.1 工程概況

8.1.2 瓦依昂壩址地質特徵

8.1.3 瓦依昂壩基岩石力學試驗

8.1.4 地力學模型試驗

8.2 伊泰普空腹重力壩

8.2.1 工程概況

8.2.2 工程地質條件

8.2.3 壩基岩體力學特性研究

8.2.4 地質力學模型試驗

8.3 川俁拱壩

8.3.1 工程概況

8.3.2 工程地質條件

8.3.3 壩基岩體力學性質研究

8.3.4 壩肩巖體穩定分析及採用的安全係數

8.3.5 基礎處理

參考文獻

我國正在興建和即將建設眾多的高壩大庫與水電站工程，如金沙江上的向家壩、溪洛渡、白鶴灘、烏東德，瀾滄江上的小灣、糯扎渡，雅礱江上的錦屏一級、二級，大渡河上的瀑布溝、大崗山、雙江口等。這些高壩地處高山峽谷，地質條件複雜，其工程規模與建壩技術難度均為世界水平。

為了保證這些水工大壩的順利建設及安全運行，必須解決好大壩結構強度和高壩地基穩定問題，數值分析與物理模型是解決上述問題的兩種有效途徑。數值分析以計算力學為基礎，隨着有限元分析方法和電子計算機技術的迅速發展得以廣泛應用；物理模型以實驗力學為基礎，隨着試驗方法與技術的不斷髮展和創新而具有獨特的優勢，尤其是本書介紹的大壩結構模型試驗與大壩地質力學模型試驗是解決上述問題的重要方法之一。一直以來，國內外許多高壩工程均採用計算分析與試驗研究相結合的方法，充分發揮各自的優勢，相互驗證和互為補充，以此全面分析和論證大壩的結構強度與穩定安全問題。