地质力学模型.doc

,传统的静力学模型试验,如线弹性结构模型试验,是研究在线弹性范围内结构的应力与应变状态;而结构模型破坏试验及结构模型抗滑稳定试验,则分别研究上部结构物的超载破坏和地基软弱面对上部结构的影响,为了研究地基与其上部结构相互作用下的结构及地基的破坏机理,就产生了地质力学模型。它本质上属于弹塑性结构模型破坏试验。近代由于生产及科学技术的发展,愈来愈多的建筑物需要修建在具有复杂地质构造的岩基上或岩体内,如大坝、厂房、地下洞室等。这类建筑物抗滑稳定性,地下结构的围岩稳定,基础变形对建筑物结构的影响等,都是地质力学模型所研究的对象。地质力学模型主要研究模拟岩体的断层,破碎带、软弱夹层等不连续构造对结构的应力分布和变形状态的影响及岩体稳定和工程安全问题它着重研究结构超出弹性范围以外的性能,故仅考虑一次加荷效应;它不仅限于已知荷载条件下的某一状态,更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程,这就是地质力学模型与其它模型的区别所在。值得指出的是,随着试验量测技术的发展,地质力学模型试验中的一些研究课题,已由定性阶段进入定量阶段。地质力学模型出现在六十年代,意大利结构模型试验所成功的进行了多项地质力学模型试验;目前在国际上南斯拉夫、葡萄牙等国家也在广泛开展这方面的试验研究工作。我国在七十年代中后期,有一些科研单位及高等院校相继开展了这方面的研究工作。目前国内进行地质力学模型试验研究较深入的有:长科院、清华大学、水科院等。,有断层、裂隙、破碎带、软弱夹层等不连续构造。在进行地质力学模型设计中应能反映出岩体的非均匀性、非弹性及非连续、多裂隙体的这些岩石特征。同时,模型的几何尺寸,边界条件及作用荷载、模拟岩体的模型材料容重、强度及变形特性等均应满足相似理论的要求。地质力学模型的设计原则归纳起来有以下几点:(1).由于模型试验不可能也不必要将所有的地质构造复制下来,因此地质力学模型应着重模拟主要不连续构造,至于那些次要的不连续面,如节理、裂隙等,除非它们形成明显的各向异性,需单独考虑外,一般应在岩体性质中加以综合考虑。(2).连续和非连续介质的复合体。从整体看,岩体是非连续介质。因为它被许多不连续结构面划分为若干不同力学性质的不规则块体;但是从每个不规则块体来说,又是连续、均质的,如果应力不超过弹性极限,则亦可认为是弹性的。总之,地质力学模型以弹塑性力学理论为基础,同时又考虑不连续面的客观存在。(3).块体的不规则性。由于断层、破碎带等的几何多样性,因此模拟的块体也是形态各异的。(4).考虑最不利因素的原则。由于岩体本身的复杂性,要了解岩体所有的力学性质资料是不可能的。既使现场原型观测,也由于岩体本身的材料性质不稳定,受外界条件的影响,使试验数据也有很大的变化。因此在模型模拟时的条件绝不能比原型更为有利,而只能代表最不利情况。,要求满足原型与模型的相似规律。它必须满足:模型的几何尺寸,边界条件,荷载及模型材料的容重、强度及变形特性方面的相似。模型和原型在弹性应力状态、弹塑性应力状态、破坏状态均应符合相似条件。(1).满足正常的结构试验相似条件。即:(2).满足模