岩体模型试验

模型试验的理论基础是试验模型与岩体应保持一定的相似关系。模型与原型除了几何形状相似外，同类物理量(如应力、应变、变位等)也必须按比例相似 。

必须满足以各种方程式表示的各种力学条件，这些方程式只有当几何特性，有关物理常数、初始条件和边界条件确定后才能解算。所以，要使模型与原型完全相似，模型的几何特性、物理常数、初始条件和边界条件都必须和原型相似，这样就可以通过试验测定模型的物理量，根据相似原理可导出原型与模型之间的相似关系式。在岩体静力学问题中，为模拟原型的应力状态，除要求模型与原型材模型材料与试验技术。

岩体模型试验(model test of rock mass)为研究岩石力学问题，根据相似原理对岩体物理模型进行的试验。被模拟的岩体称为原型，用来模拟岩体的实验体系称为模型。

研究的主要任务是：

①具有各种地质构造的复杂岩基和岩坡的应力、变形特性。及其对工程结构的影响；

②非均质非连续岩体的稳定性、破坏机理，以及合理的工程加固措施；

③地下洞室的围岩应力。围岩与衬砌的共同作用和破坏机理等。

岩体模型的相似材料分两方面：

①模拟岩块的相似材料；

②模拟地质构造面的相似材料，当自重可用集中荷载施加时，岩块的相似材料可用石膏及石膏掺硅藻土。

对地质构造面的相似，可根据所要求模拟的不同力学指标，采用石膏、滑石粉、云母粉、乳胶、定粉等，按不同的配比进行配制；也可用纸的互层等。 当不允许用集中力代替自重时，则岩块的相似材料要用尽可能重的粉末(如重晶石粉或红丹粉等)作为掺合料，使之满足容重比例的要求。模拟各种不同岩体之间的结合，应当采用黏结材料。黏结材料的弹性模量与强度指标，应尽量与相邻岩体之一相等或接近，以免导致形态的失真和影响到超载系数的数值。

岩体模型试验中的变位量测。

一般是在模型周围安装观测架，用千分表或电测千分表进行，也可用读数显微镜、高精度的水准仪等观测。此外，利用高速摄影能详细记录岩体的瞬间破坏过程。在量测应力时，在量测部位粘贴应变片，用电阻应变仪量测应变，然后利用应变应力关系将应变值换算为应力值。为了提高精度，对楼型试验室的温度、湿度要进行控制。围岩中的应力以及围岩与支护结构的接触应力等，可以用埋设应变片或微型应力盒测定。在主要的软弱结构面两侧，还需装置特殊的应变计，以测定软弱结构面之间的相对滑移量 。2100433B

本书系统阐述了岩体，尤其是节理岩体的数值分析办法与地质力学模型试验的基本原理及在大型岩体工程中的应用。在数值分析方面，重点介绍了三维弹塑性有限元、三维损伤断裂有限元、损伤岩锚支护有限元和三维离散元的基本理论、计算方法及编制的程序在大型不电和岩土工程中的应用。在物理模型试验方面，以大型工程地质力学模型试验研究为背景，介绍了相似材料地质力学模型试验的基本原理、试验手段和试验方法。

本书注重理论与工程实践的紧密结合，建立的力学模型、发展的计算方法和开发的计算程序皆得以应用并有效指导工程实践。

本书可供水利、水电、矿山、土木、铁道、人防、国防等系统的工程技术人员和研究人员阅读参考，也可作为上述领域相关专业高等院校师生和研究生的参考教材。

前言

第1章 岩体介质力学特性的研究手段和方法

1.1 岩体数值分析方法

1.2 岩体相似材料地质力学模型试验

第2章 岩体工程常用数值分析方法的基本思想

2.1 连续介质数值分析方法的基本思想

2.2 非连续介持数值分析方法的基本思想

2.3 国外大型通用有限元分析软件介绍

第3章 三维弹塑性有限元计算理论及工程应用

3.1 张量基本知识

3.2 线弹性有限元的计算分析过程

3.3 弹塑性有限元计算理论

3.4 非线性弹塑性有限元增量迭代法

3.5 复合衬砌压力隧洞工作机理的数值模拟分析研究

第4章 节理岩体三维损伤断裂有限元理论及计算方法

4.1 节理岩体等效弹性初始损伤柔度张量

4.2 节理岩体能量损伤演化方程

4.3 节理岩体三维弹脆性损伤断裂本构关系

4.4 节理岩体三维弹塑性损伤本构关系

4.5 弹塑性损伤非线性有限元迭代计算方法

第5章 损伤岩锚支护有限元理论与计算方法

5.1 岩锚支炉机理

5.2 空间损伤岩锚柱单元计算模型

5.3 锚杆对连续构面的“销钉”作用

5.4 加索损伤岩体联合作用模型

5.5 节理岩体损伤断裂与加锚三维非线性有限元计算程序

第6章 大型岩体工程三维损伤断裂与加锚数值计算分析

6.1 长江三峡永久船闸高边坡开挖卸荷稳定与锚固优化研究

6.2 溪洛渡水电站大型地下厂房洞室群围岩稳定与支护研究

6.3 深圳沙湾供水隧道围岩稳定与支护研究

6.4 深圳大南山山体滑坡地质灾害治理研究

第7章 三维离散单元法原理及工程应用

7.1 引言

7.2 三维离散元法的接触问题

7.3 三维动态松驰的离散单元法

7.4 三维静态松驰的离散单元法

7.5 三维静态同步松驰的离散单元法

第8章 相似材料地质力学模型试验的基本原理和方法

8.1 概述

8.2 结构模型试验分类

8.3 地质力学模型试验的相似原理

8.4 地质力学模型试验相似材料

8.5 模型试验加荷系统

8.6 模型试验量测系统

8.7 试验数据整理与分析

第9章 大型工程地质力学模型试验研究

9.1 李家峡水电站地下厂房围岩应用与稳定地质力学模型试验研究

9.2 李家峡水电站地下厂房围岩支护地质力学模型试验研究

参考文献及参考资料 2100433B

岩体变形可分为材料变形型与结构变形型两类。材料变形型可细分为结构体弹性变形、结构体粘性变形、结构面闭合变形和结构面错动变形。结构变形可细分为结构体滚动变形、板裂体结构变形、结构面滑动变形、软弱夹层压缩和挤出变形。

岩体变形不仅与受力状态密切相关，而且受岩体结构控制。不同结构的岩体变形也不同。块裂结构岩体最主要的变形是沿结构面滑动；完整结构岩体的变形，主要是岩石材料变形及微裂隙闭合和少量的错动变形；板裂结构岩体的变形主要是结构变形，包括板柱横向弯曲和纵向缩短；碎裂结构岩体变形更为复杂，几乎包括所有的变形成分。