地质力学物理模型试验研究及变温相似材料的应用

本文比较系统地阐述了地质力学物理模型试验的实际现状、现实意义和常用的试验方法,在分析了常用试验方法缺陷的基础上说明了变温相似材料的由来并对其作了较为详尽的介绍.最后针对目前地质力学物理模型试验的现状指出了该领域还应解决的一些问题和今后的一些发展方向.     

变温相似材料在结构模型试验中的应用

采用高温相似材料模拟夹层抗剪强度的变化，在普定拱坝试验中取得了满意的结果，变温材料由两层厚度小于０．１ｍｍ的紫铜箔中间涂黄油和惰性材料混合物，再掺入耐高温，高压的圆粒状高分子材料制成。在夹层下盘岩体上铺电热丝。当电热丝通电升温后，随着温度升高，使抗剪强度逐渐降低，以模拟实际夹层受地下水等蚀后抗剪强度的降低。文中还对有关技术问题进行了分析。     

地质力学模型试验中不同类型岩体的相似模拟研究

本文的试验研究以相似原理为依据,以几何和力学条件相似为必要条件,获得满足模拟要求的模型材料配合比。通过试配比制块,采用单向压缩试验测得试件变形模量再核算调整配合比,经进行多次调整后得到满足相似要求的模型岩体材料的变形模量,从而达到解决地质力学模型试验岩体材料相似模拟研究目的,实现工程不同地段岩体材料的模拟,为地质力学模型试验研究提供基础资料和试验依据。     

地质力学模型试验技术研究及工程应用

 针对在地质力学模型试验研究过程中存在的岩体材料相似模拟以及结构面相对位移测试问题,首先开展了不同性能岩体变形特性的相似模拟研究,试验结果确定了配制岩体模型材料的成分及其制备方法,得到了水泥、石蜡和机油是影响高、中、低性能岩体模型材料变形特性的控制性因素,提出了不同变模岩体材料采用不同尺寸的模型小块体进行精细化模拟。同时,采用应变测试技术,研制了用于获取结构面相对位移的测试仪器,测试时,用应变仪记录不同加载条件下相应测点的应变变化过程,再由埋设之前标定得到了位移和应变系数,即可得出位移变化过程。上述研究成果在小湾拱坝模型试验中的应用表明,所制备的模型材料以及结构面相对位移测试技术是满足模型试验要求的。     

软弱土质类相似材料的配比试验结果分析

以石膏和洗衣液为胶结剂,石英砂为粗骨料,重晶石粉为细骨料,膨润土为调节剂,通过正交设计试验配制了地质力学模型试验中的软弱土质相似材料,研究了骨胶比、洗膏比、重晶石粉含量、膨润土掺量、含水量等因素对相似材料密度、粘聚力、内摩擦角、压缩模量和泊松比等参数的影响规律,采用R法和方差法分析了各因素的敏感性及显著性。结果表明:两种分析方法所得结果具有较好的一致性,能够对各因素影响指标的重要程度做出合理判断;膨润土掺量是相似材料密度、泊松比参数的主控因素,对粘聚力和内摩擦角也具有明显影响,对压缩模量影响极不显著;相似材料密度、内摩擦角和泊松比随膨润土掺量的增加呈减小趋势,而粘聚力将会明显提高;洗膏比对压缩模量指标影响较为明显,对其他参数影响较小;含水量对压缩模量影响最大,对密度和泊松比指标影响次之;通过MATLAB程序进行多元线性回归分析,得到了相似材料配比的经验方程。     

水电站洞群模型试验中位移量测方法的应用研究

岩土工程物理模型试验是一种重要的工程稳定研究的模拟方法，与数值分析方法相比，除了能较好地模拟施工过程和对洞群稳定性的影响之外，更重要的是能够模拟出围岩破裂的形态和过程。但是许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果，其中包括试验过程中物理量的量测问题。本文以双江口水电站洞群大型三维模型试验为研究对象，为解决洞周围岩和边墙关键点微小位移的量测问题，在试验开挖过程中采用了数字照相变形量测技术和基于光纤布拉格光栅(FBG)的特殊棒式位移传感器，并研制了以高精度光栅尺为传感器的微型多点位移计监测做记录。经计算分析后，可获得洞室在加载与开挖过程中的洞室围岩和边墙关键点位移的变化过程与规律曲线。研究结果表明：多种量测方法在洞周围岩和边墙关键点位移量测方面的应用和研究取得了令人满意的效果。     

原料组份对土质相似材料力学特性影响的试验研究

研制适合的相似材料对地质力学模型试验的顺利开展具有重要意义。通过直剪试验、无侧限抗压强度试验和室内三轴试验获得了一种软质土类材料的基本物理力学性质,借助扫描电镜对其微观形貌特征进行了分析,研究了原料组份对该材料强度特性、受力过程及破坏特征的影响规律。结果表明:原料组份变化对相似材料的物理力学参数及力学特性影响显著,洗衣液在软质土类相似材料中的应用效果较好,能够对材料的力学特性进行稳定调节,石膏、重晶石粉和膨润土均为调节材料密度的重要控制变量;洗衣液和水对材料力学参数及应力-应变曲线特征的影响最大,膨润土在材料表观特征、受力过程、破坏特征方面影响较为明显。试验结果为进一步研究地质力学模型试验中土质相似材料的力学特性和制备工作提供了参考。     

用离心模型研究强度储备之我见——与“地质力学模型新技术研究”一文的作者商榷

离心机作为一种自重加载的工具是其他任何加载手段所无法比拟的,离心模型试验在岩石力学和土力学方面有着广泛的应用前景,这些我和该文的作者是共识的。但对文章提到的关于离心机作滑动试验(抗剪强度储备)的一些观点及实例所提到的问题,笔者有一些不同看法,在此提出与文章作者商榷。因文章提到的是单一滑动问题,这里也仅就单一滑动面而言,不讨论双向滑动等更为复杂的问题。 1.强度储备系数:强度储备系数是评判建筑物是否安全的一个非常重要的数据,特别是对于一些大型工程,除进行理论计算外,往往还必须进行物理模型试验加以验证。这里所指的强度储备包括了抗拉、抗压及抗剪的强度储备,但对于基础内存在软弱结构面及缓倾角裂     

水电站地下厂房机墩温度荷载对风罩内力的影响分析

水电站地下厂房温度荷载是决定机墩风罩的内力的主要荷载之一,而机墩内外温差影响风罩的计算结果。为研究机墩温度荷载对风罩内力的影响,本文基于ANSYS软件建立水电站厂房机组段模型,分析不同计算方案下风罩结构的受力情况。结果表明,在考虑机墩温度荷载的作用下,风罩的最大应力和内力增大,从而增大风罩配筋面积。     

大坝地质力学模型试验中扬压力模拟方法研究

应用力学分析、数值计算和试验研究等多种方法进行研究,提出用等效荷载模拟扬压力的方法。结合实际工程算例进行数值分析,论证了等效模拟方法的工程适用性,并在大坝地质力学模型试验中应用等效模拟方法,获得了较为合理的试验结果。研究结果表明,扬压力等效模拟方法是一种可行的、合理的试验方法。     

对《悬移质变态动床模型试验中掺混相似条件的剖析》一文的商榷

根据对水流泥沙运动相似规律的一些认识，讨论了《对悬移质变态动床模型试验中掺混相似条件剖析》一文中论定悬沙水流相似中只存在一个相似条件等问题。指出原文在推导过程中存在的不合理假定后，循原文的途径导出了两个相似条件。认为相似条件λu*=λΩ不是不能成立，而是须满足条件λu*=λH^1/6才能成立，在物理上是须满足流速垂线分布相似。试验资料表明，在模型变率不是很大时，相似条件λu*=λΩ是可以应用的。     

锦屏工程地质力学模型坝基岩体新型材料研究

相似材料是地质力学模型试验成功的关健。在参考前人研究成果的基础上,根据相似材料配比遵循的原则,通过大量的试验,研制出了材料重度可调范围大,抗压强度和弹性模量低,性能稳定不受温度和湿度的影响,且无毒害、价格便宜、制作工艺简单,能够较为精确地模拟锦屏工程实际岩体的模型材料,其研制方法正确,试验结果可靠。     

万家口子双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

针对万家口子双曲拱坝的地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,全面模拟了大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质、基础处理和整体双曲拱坝,研究了基础对大坝结构变形和稳定的影响,揭示拱坝坝体和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理,从而得出了拱坝的破坏机理及超载安全能力。     

乌东德双曲拱坝三维地质力学模型试验研究

基于乌东德双曲拱坝的特定工程地质条件,采用三维地质力学模型试验技术,通过重度超载的方法,研究了坝体和坝基、坝肩从加荷到破坏的整个过程与整体稳定性。依据相似理论,按照1∶300比例对大坝基础及两岸坝肩山体的岩体力学特性、不连续结构面和层面、双曲拱坝坝型等进行了相似模拟,研究了拱坝及基础的变形特征、失稳破坏过程、破坏形态以及超载能力,对拱坝与地基整体稳定安全度进行了评价。通过分析拱坝在正常蓄水位和超载作用下的位移场、坝体和坝肩的变形及其分布特征、内部断层典型测点的相对位移,对拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制进行了研究。试验结果表明:在设计荷载作用下,坝体及左右岸坝肩变形稳定,变形呈线性特征;综合位移应变测试结果及超载破坏模式定性描述,认为上游坝踵起裂安全度K₁=1.7~2.0,非线性开始安全度K₂=3.5~4.0,拱坝坝肩与坝基整体稳定安全度K₃=6.0~7.0。     

光纤光栅传感监测在拱坝地质力学模型试验中的应用

光纤光栅传感在土木工程原型监测中逐步得到广泛应用,然而在水工地质力学模型试验中应用较少。以木里河立洲拱坝地质力学模型为基础,在坝顶及上游坝面布置光纤光栅传感器,对坝体在超载过程中的应变进行监测,通过光纤光栅传感器监测得到的应变及变化曲线,分析了地质力学模型拱坝坝面的开裂破坏过程。成果表明：Kp=1.0时,坝体工作正常;Kp=1.2~2.2时,坝踵处出现初裂;Kp=2.2~3.0时,曲线有转折和拐点的出现,左岸坝肩岩体受内部结构面影响发生较大的位移;Kp=3.6~4.3时,坝体应变整体出现较大的波动,其中左拱端应变曲线C17测点出现较大拐点,左拱发生开裂;此后,应变曲线陆续出现波动或转向,坝体裂缝不断发展,直至逐渐失去承载能力。通过与常规的应变片检测方法进行对比分析,验证了光纤光栅传感器在地质力学模型试验中应用的可行性。     

深卸荷成因机理物理模拟试验相似材料研究

某工程边坡深卸荷形成机理的物理模拟试验要求模型材料的重度与原型一致,强度是原型的0.002倍。该材料具有相对较高重度、低强度的特征。如何研制和试配出该特性的相似材料是物理模拟试验成败的关键环节。从材料选择、模具设计、试样制作、配合比试验等方面系统开展了模型相似材料的试验研究,最终获得满足试验要求的材料组成、配比及工艺。该材料由铁粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶液按规定配比均匀拌合击实而成。材料物理力学参数可调整的范围较大,对于类似研究可通过调整组成材料的含量而达到相应的目标参数。因此,研究不仅为该物理模拟试验提供了技术保证,而且可对类似研究提供借鉴和参考。     

沙牌RCC拱坝坝肩稳定三维地质模型试验研究

通过三维地质力学模型试验，研究了沙牌RCC拱坝坝体和坝肩的变形规律、破坏机理，综合评价了坝肩的超载安全度，为工程设计提供依据。