水工结构静力模型试验力学特性及其所处阶段

水工结构静力模型试验按材料的力学特性及其所处阶段，可分为两类:

一类是以弹性力学的基本假定为前提，用线弹性材料制作模型，用以研究结构及其地基在弹性阶段的应力状态。此类模型试验称弹性应力模型试验或简称应力模型试验。

另一类是以弹塑性力学的基本假定为前提，用合适的弹塑性材料制作模型，研究结构及其地基由弹性阶段到达塑性阶段直至破坏的全过程的各阶段工作状态。水工结构静力模型试验按量测方法亦可分为两类:

一类为电测法 ，另一类为光测法。电测法最常用的是在模型表面粘贴电阻应变片。模型受荷后，通讨应查片量测到模型表面所产生的应变，即可按力学方程计算出模型表面的应力，从而推求出结构原型的表面应力。同理，如把应变片埋于模型内部，则可测出结构内部的应变并求出其应力。近代由于各种电测传感器发展很快。扩大了电测法在结构模型试验中的应用范围，在位移、压力、荷载、温度和裂缝胀变等项目的量测中，都可使用电测传感器，井与试验数据的采集和处理的自动化量测系统相连接。光测法中应用较广的是偏光弹性试验，其他还有散斑干涉法、云纹法及全息摄影等方法，20世纪末研究利用光导纤维量测模型中的应变、温度等，其量测精度高，受环境影响少，具有较好的发展前景 。

水工结构静力模型试验(Hydraulic structure static model test)是指通过以相似原理制作的模型和施加的静荷载来研究水工结构物及其地基在静荷载作用下的静力性能、破坏机理及安全度等问题的试验，又称静态结构模型试验。

试验时，在模型上施加由相似理论换算而得的相应荷载，然后观测模型中所出现的力学现象，并将它们换算至原型，从而预测在原型结构及地基中将要发生的力学现象。

水工结构静力模型试验的加荷方法有：液压、气压、千斤顶组和砝码杠杆加载系统等。其中千斤顶组加荷多用于结构破坏模型试验。模型材料的研究和选择是模型试验中一项比较重要的工作，往往要进行比较多的工作量才能确定合适的模型材料。它们通常应具有质地均匀、各向同性的性质，并能满足物理力学性能稳定、力学指标可调范围大、易于成型和加工、安全经济等要求。选择模型材料。要根据所要模拟的结构及其基础的物理力学性能，首先选择模型材料的品种，其次是选择具有某一确定力学指标的具体材料。常用的模型材料有：石膏、石膏硅藻土混合材料、水泥浮石混合料。重品石粉混合料，其他还有有机玻璃、环氧树脂等。模型材料的制备亦有不同的方法，有预制毛坯再加工成形的、自现挠的，亦有用机械加压成型的。

20世纪初，J.S.威尔逊开始用橡胶模拟重力坝和地基进行结构应力模型试验。1930年美国垦务局用石膏硅藻士制作了当时世界最高的胡佛坝的结构模型试验。1947年和1951年，葡萄牙里斯本国家土木工程研究所(LNES)和意大利贝加莫模型和结构试验所(ISMES)相继成立。前者以用小比例尺、后者以用大比例尺的模型而闻名于世。随后，其他国家也开展这方面的研究工作。中国在20世纪50年代中期开始进行水工结构的静力模型试验，20世纪60年代以后有了较大的发展。较高大的拱坝或地基条件较复杂的混凝土坝等水利工程一般都要进行结构模型试验 。2100433B

水工结构动力模型试验(Hydraulic structure dynamic model test)是指通过以相似原理制作的模型和所施加的动力荷载来研究水工结构物的动力特性及其在各种动力荷载作用下的动力响应的试验。

仿真结构模型试验按特性可分为静力和动力模型；按比尺可分为足尺和缩尺模型。仿真模型须满足几何相似、边界条件相似、物理量相似和初始条件相似等 。

结构的动力特性包括：自振特性(频率、振型及阻尼)和幅频响应函数(幅频特性和相频特性)。作用在水工结构上的动力荷载有地震荷载、爆炸荷载、动水荷载和机械运行所引起的震动荷载等。上述动水荷载，研究下泄水流对下游河床产生的脉动荷载，是通过水弹性模型试验来进行的。

到20世纪末所进行的水工结构动力模型试验，大都是指结构及其基础是处在线弹性范围内工作的。至于通过动力模型试验研究结构的非线性动力问题, 例如研究结构的动态屈服条件、破坏机理以及土坝、土基等的动力问题，正在开展多方面的研究，例如通过动力试验研究土的动力特性、土坝及基础的液化问题等，都已取得一些成果 。