本书主要研究土石混合体的非均质性、非连续性和多界面效应等，从宏观和微观两个层面总结分析其力学行为。首先分析土石混合体分布、地质成因及结构特点，建立其结构模型，研究其在典型受力状态下的力学行为，验证并阐述其大尺度代表性试样的宏观力学行为特点。然后，研究土石混合体的压缩、变形和破坏的渐进性过程以及强度特征等力学特性，研究并总结考虑其复杂结构特点的破坏准则，基于固-流-热模型实现其在多场耦合作用下的准确求解，对其变形破坏过程中的细观过程进行研究，围绕其结构变化导致的非线性力学行为进行深入研究。最后基于上述研究成果，结合工程实际对土石混合体边坡变形稳定性以及坝基的渗透稳定性进行计算分析。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 土石混合体概念的提出 1
1.2 土石混合体研究的工程价值与理论意义 2
1.2.1 土石混合体分布及其研究的工程价值 2
1.2.2 土石混合体研究的理论意义 4
1.3 国内外研究现状 4
1.3.1 土石混合体分类 5
1.3.2 力学试验研究 7
1.3.3 几何结构特性 10
1.3.4 数值模拟研究 11
1.3.5 其他方面的研究 11
1.3.6 存在问题 12
1.4 研究方法 13
1.5 本书的主要研究成果 16
参考文献 17
第2章 土石混合体分布、地质成因及其结构特征 20
2.1 土石混合体的分布特征 20
2.1.1 与崩滑流等地质灾害共生 21
2.1.2 与河流伴生 21
2.1.3 与人类活动密切相关 21
2.2 土石混合体的地质成因 22
2.2.1 物质来源成因分析 23
2.2.2 土石混合体堆积成因分析 25
2.3 土石混合体的现场统计结果 29
2.3.1 筛分统计结果分析 30
2.3.2 单个剖面统计结果 34
2.4 土石混合体的结构特征 37
2.4.1 非均质性 37
2.4.2 非连续性与土石胶结特点 38
2.4.3 尺寸效应 38
2.5 本章小结 39
参考文献 40
第3章 土石混合体结构模型的建立 41
3.1 土石混合体结构模型建立的目的与意义 41
3.2 基于数码图像的实测结构模型 42
3.2.1 数码图像数字成像原理 42
3.2.2 土石混合体数码图像建模分析与流程 44
3.2.3 基于数码图像建模实例分析 50
3.3 基于数码图像的线框结构模型 55
3.3.1 数码照片的图像处理 55
3.3.2 量化信息的提取 58
3.3.3 结构模型的建立 60
3.4 基于现场统计的土石混合体结构模型 62
3.4.1 块石分布统计方法研究 63
3.4.2 结构特征模型概化 63
3.4.3 程序编制与模型建立 67
参考文献 68
第4章 土石混合体的现场原位试验研究 70
4.1 试验方法研究 71
4.1.1 试验方法选择 71
4.1.2 压剪试验原理与方法 73
4.1.3 推剪试验原理与方法 74
4.2 试验地点及其地质概况 77
4.2.1 白衣庵滑坡概况 77
4.2.2 试验位置及岩性描述 78
4.3 试验目的 79
4.4 推剪试验结果及其分析 80
4.4.1 应力-应变特性 80
4.4.2 破坏形式与特征 84
4.4.3 含石率对变形强度的影响 85
4.4.4 剪切强度参数计算 86
4.5 压剪试验结果分析 87
4.5.1 应力-应变特性 87
4.5.2 破坏形式与特征 89
4.5.3 强度特性与力学参数确定 89
4.6 本章小结 91
参考文献 92
第5章 土石混合体物理模拟试验及其力学结构效应 94
5.1 块石在土石混合体中的力学响应 95
5.1.1 试验方法与设备研制 95
5.1.2 物理模拟试验模型 97
5.1.3 模拟试验结果及其分析 97
5.2 土石混合体单轴压缩试验研究 104
5.2.1 土石混合体试样制备及其击实特性 105
5.2.2 单轴压缩试验仪器与方法 109
5.2.3 试验结果分析 110
5.3 三轴压缩试验研究 122
5.3.1 试验仪器与方法 122
5.3.2 试验结果分析 123
5.4 本章小结 127
参考文献 128
第6章 土石混合体变形破坏机理的颗粒流离散元数值分析 130
6.1 颗粒流计算方法概述 131
6.2 PFC计算的原理及步骤 132
6.2.1 基本假设 132
6.2.2 基本理论 132
6.2.3 力-位移定律 132
6.2.4 运动定律 134
6.2.5 PFC接触模型135
6.3 土石混合体计算模型的建立 137
6.3.1 土石混合体模型的确定 138
6.3.2 数值试验颗粒单元的生成 138
6.3.3 边界条件的实现 139
6.3.4 数值试验材料的力学参数确定 140
6.3.5 数值试验模型的建立 141
6.4 数值计算结果及其分析 144
6.4.1 颗粒单元接触应力分布图 144
6.4.2 模型体内的微裂隙分布图 146
6.4.3 应力-应变曲线特点分析 149
6.5 本章小结 152
参考文献 152
第7章 土石混合体单轴压缩试验的数值模拟 154
7.1 有限元计算方法概述 154
7.2 数值模型建立与计算参数 155
7.3 土石混合体数值模拟方法讨论 157
7.4 土石混合体的弹性力学特性分析 158
7.4.1 应力分析 158
7.4.2 位移分析 160
7.4.3 弹性模量的分析 161
7.4.4 弹性模量、泊松比与含石率关系 161
7.4.5 各向异性 164
7.5 土石混合体弹塑性力学特性分析 165
参考文献 170
第8章 土石混合体变形强度特性的有限差分分析 171
8.1 拉格朗日元法的基本原理 171
8.1.1 拉格朗日元法的网格划分 172
8.1.2 拉格朗日元法的计算方法与过程 172
8.2 界面元的基本原理 175
8.3 土石混合体随机结构模型及其加载方式 179
8.4 土石混合体受压变形破坏的微观机理分析 181
8.4.1 混凝土的变形破坏特征与机理 181
8.4.2 土石混合体的变形破坏特征与机理 183
8.5 单轴抗压情况下土石混合体的变形破坏特点 185
8.6 本章小结 192
参考文献 192
第9章 土石混合体原位试验的数值模拟研究 194
9.1 数值模型建立的方法研究 194
9.2 压剪试验的颗粒流离散元分析 196
9.2.1 数值模型的建立 196
9.2.2 土石混合体颗粒流单元压剪模型的生成 198
9.2. 压剪试验计算结果及其分析 200
9.3 推剪试验的颗粒流离散元分析 212
9.3.1 数值模型的建立 212
9.3.2 推剪试验计算结果及其分析 214
9.4 推剪试验的有限差分分析 217
9.4.1 数值模型的建立 217
9.4.2 原位试验与数值模拟结果分析 218
9.5 本章小结 221
参考文献 221
第10章 土石混合体细观变形破坏的CT试验研究 222
10.1 试验设备及方法 223
10.2 损伤扩展的CT试验分析 226
10.2.1 设计含石率标定 226
10.2.2 损伤开裂的CT数分析 228
10.2.3 试样的扩容特征分析 229
10.2.4 ROI_CT数特征分析 229
10.3 裂纹统计特征分析 232
10.3.1 裂纹参数的识别提取 232
10.3.2 裂纹特征参数统计 233
10.4 损伤识别与扩展规律 237
10.4.1 损伤变量的定义 237
10.4.2 损伤演化方程的建立 239
10.5 土石混合体变形破坏的非线性结构效应研究 242
10.5.1 土石混合体内部块石运移规律分析 242
10.5.2 内部结构变化与宏观变形对比 244
10.5.3 土石混合体变形破坏的结构效应 246
参考文献 247
第11章 土石混合体强度影响因素分析与质量评价 249
11.1 土石混合体不同试验结果的对比与讨论 249
11.2 土石混合体强度和变形性质的影响因素分析 250
11.2.1 砾石与土体强度比值的影响 250
11.2.2 砾石的形状对强度和变形的影响 251
11.2.3 含石率对强度和变形的影响 252
11.2.4 块体的不同分布形式对强度和变形的影响 254
11.3 土石混合体抗压强度参数的确定方法 256
11.3.1 抗压强度的确定 256
11.3.2 变形模量的确定 260
11.4 质量评价体系的探讨 263
参考文献 264
第12章 土石混合体边坡的稳定性研究 266
12.1 土石混合体边坡稳定性的影响因素分析 267
12.1.1 物质组成 267
12.1.2 边坡的内部结构 267
12.1.3 边坡形态 268
12.1.4 水的作用 268
12.1.5 外动力作用268
12.2 土石混合体边坡变形破坏的主要地质模式 268
12.2.1 在坡体中发生的旋转型(即弧形)滑动破坏 269
12.2.2 沿堆积层与基岩面发生的平移型滑动破坏 269
12.2.3 崩岗型破坏 270
12.2.4 流动型破坏 270
12.3 自重应力作用下土石混合体边坡的稳定性分析 270
12.3.1 自重应力的作用分析 271
12.3.2 模型的建立 271
12.3.3 计算方案与计算参数的确定 274
12.3.4 计算成果与分析 275
12.4 土石混合体非均质性对边坡稳定性的影响 281
12.4.1 均质型土石混合体边坡 281
12.4.2 非均质型土石混合体边坡 283
12.5 边坡基岩面对土石混合体边坡稳定性的影响 285
12.5.1 二元结构边坡基岩面倾角对稳定性的影响 285
12.5.2 一元结构边坡坡度对稳定性的影响 286
12.6 蓄水条件下土石混合体边坡的稳定性分析 287
12.6.1 土石混合体边坡地下水力学作用分析 287
12.6.2 计算方法与模型的建立 287
12.6.3 地下水位线的计算 288
12.6.4 计算结果与分析 291
12.7 本章小结 293
参考文献 294
第13章 固-流-热耦合数学模型及其数值求解研究 296
13.1 多场耦合理论概述 296
13.2 固-流-热多场耦合理论 297
13.2.1 应力控制方程 298
13.2.2 渗流方程 298
13.2.3 能量守恒方程 300
13.2.4 耦合关系方程 300
13.3 基于COMSOL Multiphysics的固-流-热耦合数学模型的建立 301
13.3.1 COMSOL Multiphysics介绍 301
13.3.2 THM耦合数学模型的COMSOL Multiphysics表达 302
13.4 耦合数学模型合理性的实例验证 306
13.4.1 问题的定义 307
13.4.2 问题的求解与讨论 308
13.5 本章小结 311
参考文献 312
第14章 土石混合体的渗流特性及其固流耦合特性 314
14.1 引言 314
14.2 土石混合体渗流的结构效应 315
14.2.1 问题的定义 315
14.2.2 结果分析 316
14.3 土石混合体渗流场与应力场(HM)耦合特性 321
14.3.1 问题的定义 321
14.3.2 控制方程与耦合关系 323
14.3.3 土石混合体渗流场与应力场耦合效应分析 325
14.4 本章小结 336
参考文献 337
第15章 大渡河双江口土石混合体坝基的渗透稳定性分析 339
15.1 大渡河流域水电及双江口坝基工程概况 339
15.1.1 大渡河流域水电概况 339
15.1.2 双江口水电工程与坝址概况 340
15.2 坝基固流耦合问题的定义 343
15.3 坝基渗流场与渗透稳定性分析 344
15.3.1 计算工况 344
15.3.2 结果分析 344
15.4 本章小结 348
参考文献 349
《新世纪工程地质学丛书》出版说明 350
京公网安备 11010102004214号