地质力学模型试验中变位信息监测及其在工程中应用

采用三维地质力学模型试验技术,研究某双曲拱坝坝基内的软弱夹层和裂隙对坝体整体稳定性的影响,以及在超载情况下的坝体的破坏形式和破坏发展过程,从而对大坝的安全性作出了科学评价。

根据地质力学模型试验的特点,研制出一种新型岩土地质力学模型试验系统,该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。其中盒式台架装置用于容纳试验模型并作为加载反力装置,带扁千斤顶的变荷加载板用于给试验模型施加非均布荷载,液压加载控制试验台用于试验模型的自动加压与稳压。该系统具有规模大、整体稳定性好、尺寸可调、能进行同步非均匀加载,并具有加荷高、升压快速、持荷稳定的优点。将该系统应用于某一高速公路大型分岔隧道的三维地质力学模型试验研究,试验结果有效指导和优化了工程的设计和施工。

介绍地质力学模型试验的研究进展,包括新型相似材料、组合式模型试验装置及应变、位移量测新技术。新型相似材料能更好地模拟工程岩体,且价格低、易干燥、可重复利用。研制的新型组合式模型试验台可自由组装、刚度大、整体稳定性好,液压加载系统可实现自动伺服控制和梯度加载。应变测试采用先进的高速静态应变采集分析系统和光纤测试技术,模型内部位移采用研制的光栅式微型多点位移计测量,隧洞表面位移采用内卡规、摄影测量和ccd激光位移传感器测量。上述测量手段具有自动化、高精度、受干扰小的特点,可得到更精确的试验结果。最后,以工程为例说明地质力学模型试验在分岔隧道研究中的应用。

(简明土木工程系列专集)建筑科学类著者:周维恒林鹏等出版时间:2008年1月开本:大32k页数:269装帧:平装标准书号:isbn978-7-5084-5225-8定价:$16.00元

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。

从粉磁材料在磁场中的磁力特性出发,介绍了基于电磁力的地质力学模型试验中磁性材料的选用及其电磁基本特性;并结合地质力学模型试验需要,研究了palnico-a系列粉磁材料与土不同配比的磁力特性;探讨了在加磁与退磁过程中的磁力~磁场强度关系,为电磁力地质力学模型试验提供依据。

高边坡节埋岩体地质力学模型试验研究——按弹塑性体相似判据和破坏阶段相似判据确立相似常数、模拟山体形态、结构面和岩石物理力学性质、地应力、边界条件和埋设地点、建立三维模型、模拟开挖卸荷过程，监测边坡形态、地应力释放和山体应变，认识到边坡变形的主...

复杂岩基上拱坝枢纽的整体 地质力学模型试验研究 拱坝试验研究课题组’ (广西大学水利水电研究所) 擒要本文介绍了某大型水电站枢纽重力拱埂整体抗滑稳定的地质力学模型试验研究概况。 对复杂岩基上的水电站枢纽地质力学模型试验方法和试验技术中的若干同题进行探讨，包括相似 性要求、模型比尺选择的原ji6、模拟内窖、商窖重低变模模型材料及沿岩石层面晰夹层上的f值， 沿混疆土与基岩的胶结面f、c值试验研究，模型加载系统厦量测系统设计等内容。最后根据试 验结果，分析了拱坝总体位移变化规律和大坝受基础在超载条件下稳定安全度和破坏机理，并指 出影响工程安全的薄弱部位。 关键词地质力学变形位移基础稳定 1概述 由于埂工建设及科学技术的发展，越来 越多的水工建筑物需要在具有复杂地质构造 的岩基上修建，拱坝建设亦不例外。在

分岔式隧道是一种新型隧道结构型式,目前尚无相应的设计、施工技术规范和标准可循,为了解这种新型隧道结构的应力和变形状况,采用三维地质力学模型试验方法对目前在建的沪蓉西高速公路大型分岔隧道进行研究。试验成果有效地揭示分岔隧道洞周的应力、位移变化规律和分岔隧道围岩的破坏机制,获得分岔隧道的设计和极限承载安全度,为分岔隧道的优化设计和施工提供了有工程指导意义的建议和结论。

针对锦屏一级水电站左岸1960m高程以上边坡的地形地质条件,采用地质力学模型试验的方法,利用超载法进行破坏试验研究,定性掌握边坡变形破坏的全过程,定量分析边坡的变形和应力变化情况;探明了边坡变形破坏的趋势,得出了边坡基本稳定的结论。

小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的“龙头”水库,大坝为292m高的双曲拱坝,坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质条件较为复杂。针对小湾拱坝1210m高程坝肩的地形地质条件,对坝肩未进行加固处理方案,采用地质力学模型试验方法,抓住影响坝肩稳定的主要因素,利用超载法进行破坏试验研究,分析坝体及坝肩变形分布特征,探讨坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理,确定坝肩超载稳定安全度。

锦屏一级水电站是雅砻江干流上的重要梯级电站。工程主要开发任务是发电,同时还兼有拦沙、防洪、蓄能作用。该工程大坝为混凝土双曲拱坝,最大坝高305m,为目前世界上最高拱坝。坝址区地质构造复杂,两岸谷坡为近千米的高陡边坡,两坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面,对拱坝坝肩坝基稳定带来不利影响。采用三维整体地质力学模型试验研究方法,研究了锦屏一级高拱坝坝肩坝基的整体稳定性。试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制了适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行了强度储备与超载相结合的综合法试验。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理,确定了拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为4.7～5.0,评价了工程的安全性,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。

结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1245m高程以上的断层f11和f10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。

在保证大坝稳定设计时,除了数值模拟方法外,对高坝还应当进行地质力学模型试验。本文叙述了地质力学模型试验的工程意义,列举了多个地质力学模型试验实例,并对试验方法及安全系数做了分析。

锦屏高边坡稳定三维地质力学模型试验研究——在水利工程中，怎样评价坝肩开挖后的高边坡稳定性一直是人们关注的问题。针对锦屏一级水电站拱坝左岸高边坡，提出一种整体转动边坡模型，模拟边坡发生开裂破坏的三维试验方法。转动该模型的边坡角度就可以不断改变自...

随着试验技术的发展,地质力学模型试验已成为研究高拱坝整体稳定性和安全度的重要方法。依据相似理论,按照1∶200比例建立杨房沟水电站整体三维地质力学模型,模拟拱坝-基础及两岸主要的断层、节理裂隙及风化卸荷等地质条件,采用水压超载法进行破坏试验研究,分析拱坝、基础及两岸坝肩抗力体的应力、变形和稳定安全度,研究拱坝-基础整体稳定性、失稳破坏过程及超载能力,并与国内同类高拱坝研究成果进行对比分析,综合评价杨房沟拱坝-基础整体稳定安全度。研究结果表明,拱坝起裂安全度k1=2.5~3.0,非线性开始安全度k2=4.0~6.0,整体稳定极限安全度k3=11.0。可见,杨房沟水电站拱坝-基础整体稳定性较高。

北溪水电站混凝土双曲拱坝由于特殊的地形地质条件，坝体应力和坝肩稳定是关系工程成败的关键。为此设计在进行拱梁分截计算的同时，进行了三维有限元非线性分析和地质力学模型试验。试验表明，大坝和坝肩的运行状态能够满足安全运行的要求。

本坝坝肩地基中有倾向上游软弱不连续面,通过1号、2号、3号和4号模型试验,分别从正、反两方面说明模型拱坝发生了上滑(抬)破坏现象。从1号到4号模型,由于不断地增加了垂直向的阻控上抬措施,致模型中大坝超载破坏安全度由低于1.5p0～1.7p0,增加到了可以接受的3.5p0～5.4p0或3.5p0～4.5p0。上抬主因是f上盘岩石基础沿该面发生逆向滑移。不同于沿坝基接触面,它是另一种沿地基内软弱不连续面发生的上滑。

试 体地质力学模型 地基的模拟设计及制作 卢向东黄任常 (广西大学水科水电研究所) 1概述 拱坝设计中，当坝基地质条件复杂时， 坝体和地基整体稳定和安全度显得特别重 要。实践表明，地质力学模型试验和有限元 数值分析是当前分析拱坝整体稳定和安全度 的主要手段。 对于地质力学模型，关键技术是较准确 地模拟坝基岩体的力学特征。除岩石的力学 性状外，更重要的是模拟其结构特性，如基 岩的断层破碎带、软弱夹层，有时还包括主 要裂隙组，便体现出岩体的非均匀、非弹 性、非连续、多裂隙体等力学特征，保证模 型的相似性。进行材料试验是准确模拟的前 提，即通过调整组成材料的配比，使模型材 料与原型岩块在容重、强度及变形特性等方 面达到相似要求，压制出尺寸规贝8的各种不 同岩石的均质模块。不难想象，坝基三维状 态岩体的结构形式和力学性质是很复

针对某高拱坝坝址区地质构造复杂,两岸坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面等工程地质问题,本文利用三维地质力学模型试验技术,采用强度储备与超载相结合的综合法试验方法,研究了坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程,试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理。试验结果表明:拱坝整体稳定安全度约为4.7～4.9,拱坝的基础处理效果较好,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。

对于物理模型来说具有直观性,可以通过定量与定性分析准确的反映出与地下工程相关的天然岩体受力性质,同时也可以了解到与其相关联的地下工程结构相互的影响,地下十分复杂的工程结构、地质构造、岩层组合关系等也能完全模拟出来。近年来新型地下工程逐渐增多,随之而来的问题也在增加,很多内容也需要被研究,这样就使物理模型实验技术研究显得异常重要。因此,本文将从物理模式基本情况入手,重点研究物理模型试验技术在岩土工程中的应用。

在总结回顾大量文献资料的基础上,介绍了土工离心模型试验的原理、方法,较详细地阐述了该技术在工程中的应用,最后指出了土工离心模型试验技术存在的问题,并阐明其发展方向。