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，在壩型選擇中優(yōu)先考慮拱壩壩型已成為壩工建設(shè)中的一個重要的發(fā)展趨勢。然而，我國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，同時工程規(guī)模大、電站裝機容量大、水庫庫容大，拱壩壩肩的穩(wěn)定問題十分突出，直接影響工程的安全性，因而需要深入開展復(fù)雜巖基上高拱壩壩肩穩(wěn)定性研究，地質(zhì)力學(xué)模型試驗是解決上述問題的一種重要方法。
地質(zhì)力學(xué)模型試驗是根據(jù)一定的相似原理對拱壩與地基聯(lián)合作用問題進行縮尺研究的一種破壞試驗方法。試驗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)過程、破壞機理和破壞形態(tài)，揭示其影響壩肩穩(wěn)定的薄弱部位，其試驗結(jié)果給人以直觀的感覺。但地質(zhì)力學(xué)模型試驗有許多關(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，壩肩各類巖體往往存在著變形模量變化幅度大、不均勻性嚴重等特點，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，壩肩巖體中大多存在著斷層、巖脈及各種軟弱結(jié)構(gòu)面，對壩肩穩(wěn)定影響嚴重，因此在地質(zhì)力學(xué)模型試驗中，需要深入系統(tǒng)地開展模型相似材料研究，以適應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件更精細化模擬要求。在模型量測技術(shù)方面：光纖應(yīng)變傳感技術(shù)是一種新的測試手段，能否將其應(yīng)用到地質(zhì)力學(xué)模型試驗中，需要開展探索性研究。在試驗成果分析方面：針對壩肩巖體被斷層、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，還應(yīng)分析典型滑塊的穩(wěn)定性等。
本書針對上述關(guān)鍵技術(shù)問題進行研究，首先總結(jié)國內(nèi)外高拱壩工程的研究現(xiàn)狀和研究方法，重點開展地質(zhì)力學(xué)模型材料和試驗技術(shù)研究，并將研究成果應(yīng)用于木里河上的立洲拱壩工程，進行了立洲拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗，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)機理，驗證模型試驗成果的可靠性，為工程設(shè)計、施工和加固處理提供了重要科學(xué)依據(jù)。本書研究工作與工程實際需要緊密結(jié)合，通過開展深入而系統(tǒng)的研究，取得了以下創(chuàng)新性成果。
�。�1）進行了模型巖體材料變形特性及結(jié)構(gòu)面材料強度特性的相似模擬研究。針對壩肩巖體不均勻性嚴重，變形模量E變化幅度大的問題，需要研制出與之相適應(yīng)的模型材料，為此，開展了模型巖體材料中各組成成分對變形模量E的影響研究，試驗結(jié)果表明，巖體材料組成成分中，水泥、石蠟和機油是控制高、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行精細化模擬。針對各類結(jié)構(gòu)面抗剪強度差異大的問題，提出了采用可熔性高分子軟料夾不同塑料薄膜來模擬軟弱結(jié)構(gòu)面，通過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，可以實現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)面抗剪強度的綜合控制。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)勢裂隙帶等力學(xué)指標(biāo)的模型相似材料。
�。�2）開展了光纖光柵應(yīng)變傳感技術(shù)在高拱壩三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗中的應(yīng)用研究。研制了適用于地質(zhì)力學(xué)模型試驗的光纖光柵應(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，得到壩體超載過程中的光纖測點的應(yīng)變分布情況，通過對比分析光纖傳感器和傳統(tǒng)監(jiān)測方法對壩體和壩基的監(jiān)測結(jié)果，表明兩者在對應(yīng)部位的監(jiān)測結(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)模型試驗應(yīng)用中的可行性。
�。�3）開展了典型滑移塊體的失穩(wěn)機理研究。針對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)，對立洲拱壩壩肩潛在典型滑移失穩(wěn)問題進行了初步分析，得到了四個典型塊體及其潛在滑移模式，并在地質(zhì)力學(xué)模型試驗中對四個典型塊體的滑裂面進行監(jiān)測。由試驗所得結(jié)果，分析了壩肩典型塊體滑動機理及滑移模式，得到了四個典型塊體抗滑穩(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失穩(wěn)的相對變位臨界值，論證了壩肩典型塊體的穩(wěn)定安全性。
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