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第1章 岩土工程物理模拟的基本理论1

1.1 岩土物理模拟技术概况1

1.1.1 1g小比尺模型试验3

1.1.2 1g大比尺模型试验3

1.1.3 校准筒试验（Calibration chambers test,CCT）3

1.1.4 1g振动台模型试验3

1.1.5 离心模型试验4

1.1.6 地质力学模型试验（Geomechanical model test）4

1.2 岩土离心模拟的基本原理5

1.3 离心模拟技术的主要应用6

1.3.1 原型模拟6

1.3.2 新课题的研究6

1.3.3 参数研究6

1.3.4 数值模型验证6

1.4 离心模拟的主要局限性7

1.5 岩土离心模拟技术的发展简史7

第2章 离心模拟的运动学原理及相似比12

2.1 离心模拟的运动学原理12

2.2 离心模拟的相似比概述13

2.3 静力模型试验的相似比13

2.3.1 基本相似比13

2.3.2 渗流问题15

2.3.3 固结问题15

2.4 动力模型试验的相似比16

2.5 非饱和土问题的相似比17

2.5.1 毛细水上升17

2.5.2 含水量和吸力分布18

第3章 离心模型试验的误差与减少误差的方法20

3.1 相似比方面的误差20

3.1.1 结构物尺寸与土粒粒径的关系20

3.1.2 粒径模拟的方法20

3.1.3 材料结构性（aging）模拟21

3.1.4 物理现象的耦合21

3.2 土工离心装置和辅助设备中的误差22

3.2.1 不均匀加速度场22

3.2.2 模型箱尺寸和边界23

3.2.3 科氏加速度的影响24

3.2.4 量测系统的误差25

3.3 施工过程模拟中的误差26

3.3.1 开挖和堆填26

3.3.2 入桩过程26

3.3.3 荷载模拟26

3.4 小结27

第4章 离心模拟试验的主要设备29

4.1 概述29

4.2 土工离心机主机设计37

4.2.1 离心机主机设计原理39

4.2.2 机械系统47

4.2.3 驱动控制系统52

4.3 数据采集系统59

4.3.1 概述59

4.3.2 静态数据采集61

4.3.3 动态数据采集62

4.3.4 照相64

4.3.5 摄像65

4.3.6 图像处理66

4.3.7 测量传感器选择66

4.4 离心模型试验专用装置67

4.4.1 振动台67

4.4.2 机械手70

4.4.3 模型箱71

4.4.4 加载与卸载装置72

4.5 中国土工离心机主要性能表（截至2010年）75

第5章 土石坝和堤防工程的离心模拟81

5.1 概述81

5.2 土石坝材料的模拟81

5.2.1 粒径效应81

5.2.2 模型箱的尺寸效应82

5.2.3 模型箱的边界效应83

5.3 局部模型或小比尺模型试验83

5.4 模型设计及观测方法84

5.4.1 模型设计84

5.4.2 模型制作89

5.4.3 模型观测技术90

5.4.4 土石坝施工期的模拟91

5.4.5 土石坝渗流及溃坝的模拟92

5.5 土石坝、土质堤防离心模型试验实例92

5.5.1 混凝土面板堆石坝92

5.5.2 某心墙堆石坝水力劈裂试验99

5.5.3 瀑布沟坝基防渗墙离心模型试验103

5.5.4 三峡二期围堰水下抛填风化砂的密度和坡角的模型试验106

5.6 长江堤防防渗墙施工中堤身裂缝机理研究107

5.6.1 缘由107

5.6.2 试验模型和试验方法108

5.6.3 试验结果与分析109

第6章 土质边坡的离心模拟111

6.1 概述111

6.2 堤防稳定性离心模型试验研究112

6.2.1 概况112

6.2.2 稳定性离心模型试验原理113

6.2.3 边坡和地基的模型试验115

6.2.4 试验程序119

6.2.5 试验结果及分析119

6.2.6 小结125

6.3 航道边坡离心模型试验125

6.3.1 概况125

6.3.2 模型制备和量测布置126

6.3.3 模型试验步骤129

6.3.4 试验结果和分析129

6.3.5 原型边坡稳定安全系数的估算133

6.3.6 小结135

第7章 地下工程的离心模拟137

7.1 概述137

7.2 隧道开挖引起的地层变形及土压力分布138

7.2.1 概述138

7.2.2 离心力场中模拟隧道开挖的方法139

7.2.3 隧道开挖断面的稳定和变形问题142

7.3 隧道开挖对相邻结构物的影响145

7.3.1 隧道开挖对桩基的影响145

7.3.2 隧道开挖对既有隧道（管线）的影响150

7.4 隧道地震响应的离心模拟157

7.4.1 概述157

7.4.2 试验设计158

7.4.3 试验结果及分析161

7.4.4 矩形隧道抗震离心模型试验166

7.5 管道埋设中的离心模型试验171

7.5.1 试验概况171

7.5.2 柔性管的弯矩172

7.5.3 刚性管的土压力173

第8章 挡土结构和开挖工程的离心模拟177

8.1 重力式挡土结构的离心模拟177

8.1.1 概述177

8.1.2 重力式挡土结构的受力机理179

8.1.3 重力式挡土结构的离心模拟试验181

8.2 加筋挡墙离心模拟机理研究简述184

8.2.1 加筋挡墙离心模型试验的若干成果184

8.2.2 土钉墙研究中的一些成果189

8.3 支撑式挡土结构及基坑工程的离心模拟189

8.3.1 支撑式挡土结构的力学机理189

8.3.2 离心试验中开挖及支撑的模拟技术193

8.3.3 国内外基坑开挖离心模拟的现状193

8.4 支撑式挡土结构及基坑工程的变形及失效196

8.4.1 上海地铁4号线修复工程中38m超深基坑开挖工程196

8.4.2 上海地铁7号线常熟路站基坑离心模型试验210

第9章 加筋土工程与软基处理的离心模拟220

9.1 概述220

9.1.1 加筋土的应用及发展220

9.1.2 土钉墙与锚杆加固技术简介221

9.1.3 软基处理工程简介221

9.1.4 吹填土工程简介222

9.2 加筋土工程离心模拟的一般问题222

9.2.1 常用加筋材料及分类223

9.2.2 加筋材料模拟准则223

9.2.3 离心模型试验中加筋材料的选择230

9.2.4 离心模型试验中加筋材料应变的测量230

9.3 加筋土挡墙的离心模拟234

9.3.1 加筋土挡墙模型材料的模拟234

9.3.2 单级加筋土挡墙的离心模拟235

9.3.3 多级加筋挡墙的离心模拟244

9.4 加筋土边坡的离心模拟246

9.4.1 加筋土边坡的离心模拟246

9.4.2 纤维加筋边坡的离心模拟250

9.4.3 加筋土结构的动力离心模拟250

9.5 加筋土地基的离心模拟252

9.5.1 加筋土地基离心模拟的内容252

9.5.2 加筋土地基的离心模型试验252

9.6 土钉墙与锚杆加固的离心模拟254

9.6.1 土钉与锚杆的定义254

9.6.2 土钉与锚杆的模拟准则及模拟方法255

9.6.3 土钉墙的离心模拟258

9.6.4 锚杆加固边坡的离心模拟261

9.7 软基处理的离心模拟262

9.7.1 排水固结处理软基的离心模拟262

9.7.2 深层搅拌处理软基的离心模拟265

9.7.3 深厚软基处理的离心模拟268

9.8 吹填土的离心模拟269

9.8.1 吹填土的模拟方法269

9.8.2 吹填土的离心模型试验成果269

第10章 港口工程与海洋平台的离心模拟278

10.1 概述278

10.2 新型遮帘式板桩码头结构离心模型试验278

10.2.1 概况278

10.2.2 工程地质条件279

10.2.3 模型设计279

10.2.4 模型量测282

10.2.5 试验程序285

10.2.6 纯砂地基土模型试验结果分析286

10.2.7 结构验证模型试验研究290

10.2.8 研究小结298

10.3 沉入式大圆筒码头结构工作机理离心试验研究299

10.3.1 概况299

10.3.2 土工离心模型试验300

10.3.3 模型制备和试验程序303

10.3.4 试验结果分析305

10.3.5 本节小结309

10.4 格形钢板桩码头的离心模拟310

10.4.1 概述310

10.4.2 格形钢板桩结构的模拟准则及方法311

10.4.3 格形钢板桩码头的离心模拟312

10.5 近海防波堤工程320

10.5.1 黄骅港工程试验模型和试验方法321

10.5.2 试验结果及分析322

10.6 海洋平台的离心模拟324

10.6.1 海洋平台离心模型试验若干技术问题324

10.6.2 梁柱式海洋平台的离心模拟327

10.6.3 海洋平台吸力式基础的离心模拟331

第11章 路基加固技术的离心模拟340

11.1 概述340

11.2 斜坡软弱土地基路堤变形特性及加固技术的离心模拟341

11.2.1 试验设计342

11.2.2 斜坡软弱土地基路堤变形特性的离心模拟343

11.2.3 斜坡软弱土地基路堤加固技术的离心模拟346

11.3 深厚软土地基路堤加固技术的离心模拟348

11.3.1 深厚软基多种加固方案的离心模拟348

11.3.2 下卧层条件对桩网复合地基加固效果影响的离心模拟355

11.3.3 路堤垫层结构对软基沉降变形影响的离心模拟363

11.4 高强度桩复合地基路堤工程特性的离心模拟371

11.4.1 试验设计371

11.4.2 试验结果与分析375

11.5 高速铁路无砟轨道桩板结构路基工程离心模型试验384

11.5.1 试验设计384

11.5.2 试验成果及分析387

11.6 红层泥岩及改良土路堤长期沉降特性的离心模型试验388

11.6.1 试验设计388

11.6.2 试验成果及分析390

第12章 环境岩土工程的离心模拟397

12.1 概述397

12.2 固体废弃物填埋场静动力稳定问题的离心模型试验398

12.2.1 固体废弃物（MSW）堆体静力稳定机理398

12.2.2 固体废弃物堆体静力稳定问题的离心模型试验400

12.2.3 固体废弃物堆体动力特性的离心模型试验405

12.3 填埋场衬垫系统变形与破坏问题的离心模拟408

12.3.1 黏土衬垫变形问题的离心模拟408

12.3.2 土工膜动力响应问题的离心模型试验413

12.3.3 土工合成材料界面动力特性的离心模型试验416

12.4 污染物运移的离心模型试验417

12.4.1 污染物通过多孔介质的运移机理417

12.4.2 污染物在饱和黏土中运移的离心模拟418

12.4.3 污染物和压实黏土相容性的离心模拟421

12.4.4 污染物在表层非饱和土中运移的离心模拟425

12.5 环境岩土工程中污染物的扩散和迁移427

12.5.1 概述427

12.5.2 重金属的扩散428

12.5.3 LNAPLs的运移428

第13章 岩石力学研究中的离心模拟434

13.1 概述434

13.2 离心地质力学模拟技术的发展435

13.3 工程岩体物理模拟的相似理论435

13.4 岩石离心模拟的材料研究437

13.5 三峡工程高边坡的离心模型试验439

13.5.1 高边坡工程情况439

13.5.2 岩石边坡开挖模型试验概况439

13.5.3 岩石边坡破坏机理的研究441

13.6 非连续变形分析法（DDA）成果的离心模拟验证442

13.6.1 概述442

13.6.2 非连续变形分析法（DDA）简介442

13.6.3 离心模型试验设备443

13.6.4 离心模型试验概况444

13.6.5 离心模型试验成果分析445

13.6.6 块体系统稳定性DDA的离心数值模拟445

第14章 岩土工程动力问题的离心模拟449

14.1 概述449

14.2 动力模拟的相似关系449

14.3 地震模拟试验设备454

14.3.1 振动台454

14.3.2 地震模拟试验模型箱457

14.4 地震液化及震陷变形离心模拟458

14.4.1 地震液化458

14.4.2 震陷变形461

14.5 爆炸和冲击荷载的离心模拟465

14.6 土动力学问题的离心模拟469

14.6.1 清华大学离心机振动台469

14.6.2 黏土地基上地铁隧道模拟469

14.6.3 砂土边坡地震动力响应离心模拟471

14.6.4 抗滑桩加固边坡动力离心模拟472

第15章 若干专题研究477

15.1 专题1——土工离心机设备的建设和发展477

15.1.1 国外若干大型土工离心机简介477

15.1.2 土工离心机若干设备的发展趋势484

15.1.3 土工离心机试验室配套建筑物功能和要求485

15.2 专题2——承载力离心模型试验中的粒径效应487

15.2.1 粒径效应产生的缘由487

15.2.2 影响粒径效应的因素487

15.2.3 研究思路与方法487

15.2.4 研究现状490

15.2.5 问题与展望496

15.3 专题3——国内有关离心模拟技术研究、理论验证和工程应用500

15.3.1 概述500

15.3.2 地基承载力的离心模拟500

15.3.3 离心机中入桩设备和桩基础试验505

15.3.4 土坡稳定分析512

15.3.5 冻土工程的离心模拟517

15.3.6 隧洞衬砌上的土压力研究521

15.3.7 土石坝心墙水力劈裂机理研究524

15.4 专题4——香港离心模拟的工程实践530

15.4.1 香港科技大学的土工离心机530

15.4.2 香港科技大学岩土离心模拟研究实例535

15.4.3 香港科技大学其他正在研究的项目548

15.4.4 2006年在香港科技大学召开的第六届国际岩土工程物理模型大会554