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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 地质力学模型试验的研究现状2

1.3 本书主要研究内容4

第2章 地质力学模型试验的相似条件5

2.1 基本概念5

2.2 模型试验相似三定理6

2.3 地质力学模型试验的相似条件7

2.3.1 相似模型的定义7

2.3.2 地质力学模型的特点7

2.3.3 模型试验相似条件8

第3章 模型试验新型相似材料的研制方法15

3.1 引言15

3.2 模型材料研制的基本原则16

3.3 铁晶砂胶结新型岩土相似材料的研制方法17

3.3.1 材料选择17

3.3.2 材料试件的制作方法18

3.3.3 材料物理力学参数试验19

3.3.4 材料力学特性分析24

3.3.5 材料的技术特性31

3.4 储气库介质流变相似材料的研制方法32

3.4.1 工程背景32

3.4.2 材料力学参数试验33

3.4.3 材料力学变形特征34

3.4.4 材料蠕变试验及测试结果分析38

3.4.5 材料技术特性42

第4章 新型地质力学模型试验装置与加载和稳压控制系统的研制技术43

4.1 引言43

4.2 组合式地质力学模型试验台架装置的研制技术44

4.2.1 装置设计与构造44

4.2.2 装置技术特性47

4.3 三维梯度非均匀加载结构模型试验装置的研制技术48

4.3.1 装置设计与构造48

4.3.2 装置工作原理53

4.3.3 装置技术特性53

4.4 高地应力真三维加载模型试验系统的研制技术54

4.4.1 系统构造54

4.4.2 系统技术特性54

4.5 模型数控液压加载与稳压控制系统的研制技术55

4.5.1 系统构造55

4.5.2 系统控制流程56

4.5.3 系统工作原理56

4.5.4 系统技术特性59

4.6 模型数控气压加载与稳压控制系统的研制技术59

4.6.1 系统构造59

4.6.2 系统工作原理61

4.6.3 系统技术特性63

第5章 大体积地质模型制作新方法与模型位移测试新技术64

5.1 引言64

5.2 地质模型分层压实风干制作与切槽埋设测试传感器方法64

5.2.1 材料分层压实试验装置的研制64

5.2.2 模型制作方法66

5.2.3 模型制作方法的技术特点68

5.3 模型内埋洞室的成型方法68

5.3.1 内埋洞室的成腔装置68

5.3.2 内埋洞室的成腔方法72

5.4 模型位移数据自动采集系统的研制技术72

5.4.1 系统工作原理72

5.4.2 系统各部分功能74

5.4.3 系统技术特性78

第6章 分岔隧洞围岩稳定与支护三维地质力学模型试验与分析研究79

6.1 引言79

6.2 工程概况79

6.3 模拟范围与相似比尺的选取80

6.4 模型相似材料和试验锚杆的模拟82

6.4.1 相似材料配比82

6.4.2 模型锚杆的模拟83

6.5 分岔隧洞模型的制作83

6.5.1 模型制作工艺流程83

6.5.2 测试传感器的埋设85

6.5.3 模型锚杆的施作90

6.5.4 制作完成的分岔隧洞三维试验模型92

6.6 分岔隧洞模型开挖与测试92

6.6.1 模型加载92

6.6.2 模型开挖93

6.6.3 模型测试96

6.7 模型试验结果分析99

6.7.1 模型Ⅰ试验结果分析99

6.7.2 模型Ⅱ试验结果分析107

6.7.3 分岔隧洞承载安全度的数值计算130

6.7.4 光纤光栅应变传感器测试结果分析131

6.7.5 洞周锚杆受力分析132

6.8 模型试验与数值模拟的对比分析研究132

6.8.1 计算条件132

6.8.2 连拱段至大拱段数值计算结果分析134

6.8.3 小间距段至连拱段数值计算结果分析137

6.8.4 模型试验、数值计算与现场监测结果的相互对比145

6.9 研究结论146

第7章 深部巷道围岩分区破裂与锚固三维地质力学模型试验与分析研究148

7.1 引言148

7.2 预留洞室轴向压缩破坏模型试验研究151

7.2.1 模型制作151

7.2.2 模型加载152

7.2.3 试验结果分析153

7.3 深部巷道围岩分区破裂三维地质力学模型试验研究155

7.3.1 分区破裂现象的现场观测155

7.3.2 模型相似材料166

7.3.3 高压加载结构模型试验系统168

7.3.4 模型加工制作169

7.3.5 模型开挖与测试175

7.3.6 模型试验结果分析179

7.3.7 分区破裂地质力学模型试验结论185

7.4 分区破裂机理的理论分析研究185

7.4.1 围岩应力场分析186

7.4.2 围岩应变场分析187

7.4.3 分区破裂过程的能量分析188

7.4.4 模型分区破裂现象的理论解释191

7.5 分区破裂岩锚支护三维地质力学模型试验研究194

7.5.1 引言194

7.5.2 分区破裂岩锚支护地质力学模型试验195

7.5.3 锚杆对分区破裂加固作用的理论分析204

7.6 研究结论206

第8章 地下厂房洞室群围岩稳定与支护三维地质力学模型试验与分析研究208

8.1 模型试验的工程背景208

8.1.1 工程概况208

8.1.2 厂区地应力测试结果209

8.1.3 厂区围岩分类和地下洞群设计方案209

8.2 厂区初始地应力场的反演210

8.3 带滑动墙的自平衡式三维加载模型试验台架装置的研制214

8.4 模型相似材料215

8.4.1 模型相似材料的配比215

8.4.2 模型锚杆和锚索的模拟216

8.5 模型加载、制作与开挖测试技术217

8.5.1 模型加载方案217

8.5.2 试验模型的制作217

8.5.3 模型量测技术221

8.5.4 模型超载与开挖支护223

8.6 模型试验结果及与数值计算的对比分析226

8.6.1 数值计算模型与计算结果226

8.6.2 模型试验与数值计算的对比231

第9章 深部层状盐岩地下储气库运营稳定三维地质力学模型试验研究236

9.1 引言236

9.2 模型试验概况237

9.3 盐岩储气库介质模型相似材料240

9.4 储气库三维地质力学模型试验系统241

9.5 储气库三维试验模型的制作工艺和方法244

9.6 储气库三维地质力学模型试验测试结果分析250

9.6.1 储气库单洞模型试验结果分析250

9.6.2 储气库群模型试验结果分析256

9.7 模型试验研究结论261

参考文献263