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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

9.2.3 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