本書(shū)系統(tǒng)地介紹高拱壩模型試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，針對(duì)地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中存在的模型材料及模擬技術(shù)方面、模型量測(cè)技術(shù)方面、試驗(yàn)成果分析方法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，結(jié)合工程中的特點(diǎn)和難點(diǎn)，展開(kāi)高拱壩模擬研究。內(nèi)容包括：概述、地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)理論與方法、模型材料及模擬方法研究、拱壩壩肩穩(wěn)定破壞機(jī)理試驗(yàn)研究、光纖光柵監(jiān)測(cè)在模型試驗(yàn)中的應(yīng)用研究、高拱壩壩肩典型塊體抗滑穩(wěn)定性分析。
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拱壩是壩工建設(shè)中的一種主要壩型，它具有體積小、泄洪布置方便、潛在安全度高、抗震性能好等特點(diǎn)，在壩型選擇中優(yōu)先考慮拱壩壩型已成為壩工建設(shè)中的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。然而，我國(guó)近期在建或擬建的高拱壩，大多位于西部地區(qū)河流上，其主要特點(diǎn)是山高谷深、河谷狹窄、地質(zhì)條件復(fù)雜、地震烈度高等，同時(shí)工程規(guī)模大、電站裝機(jī)容量大、水庫(kù)庫(kù)容大，拱壩壩肩的穩(wěn)定問(wèn)題十分突出，直接影響工程的安全性，因而需要深入開(kāi)展復(fù)雜巖基上高拱壩壩肩穩(wěn)定性研究，地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)是解決上述問(wèn)題的一種重要方法。
地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)是根據(jù)一定的相似原理對(duì)拱壩與地基聯(lián)合作用問(wèn)題進(jìn)行縮尺研究的一種破壞試驗(yàn)方法。試驗(yàn)的主要目的是研究大壩與地基的整體穩(wěn)定安全度，了解拱壩及壩肩的變形失穩(wěn)過(guò)程、破壞機(jī)理和破壞形態(tài)，揭示其影響壩肩穩(wěn)定的薄弱部位，其試驗(yàn)結(jié)果給人以直觀的感覺(jué)。但地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)有許多關(guān)鍵技術(shù)難題，至今未得到完全滿意的解決。例如，在模型材料相似模擬方面：高拱壩工程地質(zhì)條件復(fù)雜，壩肩各類(lèi)巖體往往存在著變形模量變化幅度大、不均勻性嚴(yán)重等特點(diǎn)，如立洲拱壩壩肩巖體變形模量從2～12GPa不等，這些巖體的不均勻性是影響壩肩變形的主要因素，同時(shí)，壩肩巖體中大多存在著斷層、巖脈及各種軟弱結(jié)構(gòu)面，對(duì)壩肩穩(wěn)定影響嚴(yán)重，因此在地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中，需要深入系統(tǒng)地開(kāi)展模型相似材料研究，以適應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件更精細(xì)化模擬要求。在模型量測(cè)技術(shù)方面：光纖應(yīng)變傳感技術(shù)是一種新的測(cè)試手段，能否將其應(yīng)用到地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中，需要開(kāi)展探索性研究。在試驗(yàn)成果分析方面：針對(duì)壩肩巖體被斷層、裂隙相互切割形成不同規(guī)模的典型塊體情況，在研究拱壩整體穩(wěn)定性的同時(shí)，還應(yīng)分析典型滑塊的穩(wěn)定性等。
本書(shū)針對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究，首先總結(jié)國(guó)內(nèi)外高拱壩工程的研究現(xiàn)狀和研究方法，重點(diǎn)開(kāi)展地質(zhì)力學(xué)模型材料和試驗(yàn)技術(shù)研究，并將研究成果應(yīng)用于木里河上的立洲拱壩工程，進(jìn)行了立洲拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，分析復(fù)雜地質(zhì)條件下拱壩及壩肩的穩(wěn)定性和破壞失穩(wěn)機(jī)理，驗(yàn)證模型試驗(yàn)成果的可靠性，為工程設(shè)計(jì)、施工和加固處理提供了重要科學(xué)依據(jù)。本書(shū)研究工作與工程實(shí)際需要緊密結(jié)合，通過(guò)開(kāi)展深入而系統(tǒng)的研究，取得了以下創(chuàng)新性成果。
�。�1）進(jìn)行了模型巖體材料變形特性及結(jié)構(gòu)面材料強(qiáng)度特性的相似模擬研究。針對(duì)壩肩巖體不均勻性嚴(yán)重，變形模量E變化幅度大的問(wèn)題，需要研制出與之相適應(yīng)的模型材料，為此，開(kāi)展了模型巖體材料中各組成成分對(duì)變形模量E的影響研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，巖體材料組成成分中，水泥、石蠟和機(jī)油是控制高、中、低變形模量的主要因素，建立了各組成成分如水泥、石蠟和機(jī)油與變形模量E的變化關(guān)系曲線，這一研究成果適應(yīng)了不均勻巖體對(duì)模型材料高、中、低變形模量的要求，提出了不同變形模量的巖體材料采用不同尺寸的模型小塊體進(jìn)行精細(xì)化模擬。針對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度差異大的問(wèn)題，提出了采用可熔性高分子軟料夾不同塑料薄膜來(lái)模擬軟弱結(jié)構(gòu)面，通過(guò)改變薄膜材料與可熔性高分子軟料的組合形式，滿足結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)，并通過(guò)控制軟料中可熔性高分子材料的含量，以及調(diào)整薄膜材料的組合形式，可以實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度的綜合控制。根據(jù)上述研究成果，研制了滿足立洲拱壩壩體及壩肩巖體、斷層和優(yōu)勢(shì)裂隙帶等力學(xué)指標(biāo)的模型相似材料。
�。�2）開(kāi)展了光纖光柵應(yīng)變傳感技術(shù)在高拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中的應(yīng)用研究。研制了適用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的光纖光柵應(yīng)變傳感器，并以立洲拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型為試驗(yàn)基礎(chǔ)，在壩體上游建基面及頂拱圈周邊鋪設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器，得到壩體超載過(guò)程中的光纖測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變分布情況，通過(guò)對(duì)比分析光纖傳感器和傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)壩體和壩基的監(jiān)測(cè)結(jié)果，表明兩者在對(duì)應(yīng)部位的監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致，證明了光纖光柵應(yīng)變傳感器在三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)應(yīng)用中的可行性。
�。�3）開(kāi)展了典型滑移塊體的失穩(wěn)機(jī)理研究。針對(duì)高拱壩壩肩巖體被斷層或裂隙相互切割形成不同規(guī)模的典型塊體，在拱推力作用下可能沿著結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移而失穩(wěn)的情況，本書(shū)結(jié)合立洲工程，根據(jù)壩肩結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀及組合形態(tài)，對(duì)立洲拱壩壩肩潛在典型滑移失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行了初步分析，得到了四個(gè)典型塊體及其潛在滑移模式，并在地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)中對(duì)四個(gè)典型塊體的滑裂面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由試驗(yàn)所得結(jié)果，分析了壩肩典型塊體滑動(dòng)機(jī)理及滑移模式，得到了四個(gè)典型塊體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，總結(jié)了壩肩典型塊體側(cè)裂面及底滑面的非線性滑動(dòng)失穩(wěn)的相對(duì)變位臨界值，論證了壩肩典型塊體的穩(wěn)定安全性。
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