地质力学物理模型试验研究及变温相似材料的应用

比较系统的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。

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。

地质力学磁力模型试验技术应用于滑坡物理模型试验的可行性探讨

地质力学磁力模型试验技术是针对土工离心模型试验技术中获得的ng重力场存在不均匀的问题而提出的。该技术是一种利用磁力场与重力场的相似性,通过在岩土体中掺入粉体磁性材料使其在磁场中受到的磁力作用来模拟ng重力场,从而提高模型试验材料应力水平的模型试验。为了探讨地质力学磁力模型试验技术用于滑坡模型试验的可行性,设计掺入磁粉的土体滑块模型下滑试验,试验采用摄影测量方法获得该滑块在有无磁力作用两种条件下滑块的失稳临界坡角。试验结果表明:在有磁力工况下滑块下滑的临界坡角(39.44°)小于无磁力工况下临界坡角(40.54°),掺磁粉的土体滑块在磁场作用下的应力水平较无磁场作用下的应力水平有所提高,这说明了地质力学磁力模型试验技术用于滑坡物理模型试验研究是可行的。

新型地质力学模型试验相似材料的研制

正确选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键。在调研相似材料研究现状的基础上,分析相似材料选择与组合的原则。借鉴前人的经验,通过大量的配比试验,研制出一种新型的相似材料铁晶砂胶结料(IBSCM),这种材料用铁精粉、重晶石粉、石英砂作为骨料,松香、酒精溶液作为胶结剂,石膏作为调节剂混合而成。材料力学试验表明,新材料具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买,价格便宜、易干燥、易于加工堆砌以及可重复使用的特点,可模拟范围较广的岩体材料,是一种比较理想的地质力学模型相似材料。

地质力学模型试验技术应用研究

介绍了地质力学模型试验技术的新近研究成果,内容包括获国家科技进步一等奖的PYD-50三向加载地质力学模型试验装置、获国家科技进步三等奖的拉-压真三轴仪和YD-A型岩土工程多功能模拟试验装置等模型试验设备的主要功能、特点,并简要介绍了与上述试验设备配套使用的多项模拟试验技术研制情况,包括岩体介质材料的模拟技术、喷锚支护施工工艺过程模拟技术、岩体介质变形量测技术、模型平面变形控制技术、模型边界柔性加载与横向变形同步技术等试验技术及其在工程中的应用情况。

高拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

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。

NIOS模型材料及其在地质力学相似模型试验中的应用

NIOS相似材料是一种新型的地质力学模型相似材料。本文对该相似材料的特点、相关参数、配比组合、成型工艺以及物理力学性能进行了简要的介绍。在溪洛渡电站超大规模地下洞室群三维地质力学模型试验中应用该相似材料 。

地质力学模型试验新技术研究进展及工程应用

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。

新型组合式三维地质力学模型试验台架装置的研制及应用

根据岩体地质力学模型试验的特点,研制出一种新型组合式三维地质力学模型试验台架装置。该装置主要由台架体和台架底盘组成,其中台架体由盒式铸钢构件通过高强度螺栓连接组合而成,台架底盘由带有螺栓槽的型钢钢板并列拼接而成。通过底盘高强螺栓可将台架体与台架底盘在所要求的螺栓槽位固定,形成组合式三维地质力学模型试验台架装置。该装置在一大型分岔隧道三维地质力学模型试验中的具体应用结果表明,其具有结构新颖、刚度大、整体稳定性好、组装灵活方便、尺寸可任意调整并能满足不同规模模型试验要求的显著技术优势。

深部巷道围岩分区破裂三维地质力学模型试验研究

为模拟分区破裂的产生条件和破裂机制,以淮南矿区丁集煤矿深部巷道为工程背景,通过相似材料三维地质力学模型试验再现深部巷道围岩分区破裂的形成过程,通过多种测试手段获得巷道围岩内部的应变和位移呈现波峰和波谷间隔分布的波浪形变化规律,从巷道围岩的破裂现象及其应变和位移的变化规律,有效揭示深部巷道围岩分区破裂的形成条件和破坏规律,为深入研究深部巷道围岩的非线性变形破坏机制奠定坚实的试验基础。

三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究

通过以微震和百分表位移为主要试验量测手段的地质力学模型试验,对三峡库区千将坪滑坡进行滑坡机制和利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性研究。试验结果表明,蓄水前的强降雨对滑坡稳定性影响微弱或基本无影响,水库蓄水引起的浮托力作用仅使滑坡产生蠕滑变形,滑带被水浸泡弱化强度降低是滑坡真正的致滑原因。试验记录的微震事件较清晰地反映滑坡变形破裂破坏过程,并揭示滑带破裂贯通总体上具有自滑坡前缘逐步向滑坡中部发展的规律,从试验角度论证利用微地震监测预报预警岩质滑坡的可行性。

真三轴荷载条件下大型地质力学模型试验系统的研制及其应用

为研究深埋、高地应力条件下地下洞群围岩稳定性,新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统,该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成,可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。在各加载面上研制和布设组合型滚珠式滑动墙,实现新型超低减摩技术。用该系统开展洞群开挖支护的模型试验,在试验技术和模型制作工艺上有了创新和重大改进:采用预制模块堆砌黏结成型的工艺方法制作模型,提高全模型在力学性能上的一致性;采用数字照相变形量测技术、基于光纤Bragg光栅的棒式位移传感器和新研制的高精度光栅尺型微型多点位移计进行围岩内变形量测;新研发施作注浆锚杆和预应力锚索的独到工艺技术;还开展大埋深条件下的超载试验,观察到围岩破坏的发展过程,试验结果还与数值分析进行对比。研究的方法技术及结果将对类似工程研究有一定的指导和借鉴意义。

高地应力深部巷道开挖锚固特性的三维地质力学模型试验研究

为研究锚固支护条件下深部巷道围岩是否产生分区破裂以及岩锚支护对分区破裂的影响,以淮南矿区丁集煤矿深部巷道为工程背景,进行了锚固支护条件下高地应力深部巷道开挖三维地质力学模型试验。通过模型试验发现围岩应变呈现波浪形变化规律以及洞周锚杆受力出现拉压交替变化现象。通过与未加锚支护模型试验结果的对比,揭示锚杆对抑制巷道围岩分区破裂具有重要的作用,这为深入分析深部巷道开挖锚固特性和优化深部巷道支护设计奠定了坚实的试验基础。

地质力学模型试验方法与变温相似模型材料研究

研究新型地质力学模型材料是研究高坝和地基稳定物理模拟的关键技术问题之一,对高坝建设具有重要理论意义和工程应用价值。介绍地质力学模型试验新型模型材料——变温相似材料和试验方法,推导超载法、强度储备法和综合法的安全度公式,并阐述其物理意义。材料试验研究结果表明,变温相似材料的抗剪断强度τm、黏聚力cm和摩擦因数fm等力学指标随着温度的升高而逐步降低,与温度变化成反比关系;在模型试验中通过升高模型材料温度的方式来降低材料的力学指标,从而能在一个模型上实现强度储备法和综合试验法;温度场对试验变位结果影响约为6%,对应力结果影响为-6%～9%,且温度变化越小,其影响程度越小。该材料及其试验新技术已成功应用于锦屏一级和大岗山等高拱坝的地质力学模型试验,具有良好的应用价值和工程实用意义。

大型分岔隧道围岩稳定与支护三维地质力学模型试验研究

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。

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位–超载系数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征,揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为1.18,超载系数为1.8~2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为2.12~2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。

地质力学磁力模型试验相似材料磁力特性研究

地质力学磁力模型试验是利用电磁力(场)模拟重力(场)的原理来研究地质力学工程问题的试验方法。在模型中,时间t、几何尺度l缩小n倍、重力加速度g扩大n倍,而材料的其他基本物理力学参数的相似比均为1,从理论上说可以采用原型材料进行地质力学磁力模型试验,这在模型试验的操作上十分方便。磁性材料的磁力特性是磁力模型试验方法的关键。磁粉、土体、水在电磁场中表现出不同的电磁和磁力特性。磁粉材料的电磁特性由磁回滞曲线表示。磁性材料在电磁场中的磁力与磁场强度的梯度成正比。A-200磁粉在磁感应强度为563.2mT,磁粉含量为40%时的最大磁力倍数为20.92,并发生于第二次加磁;C-180磁粉在磁感应强度为569.6mT,磁粉含量为30%时的最大磁力倍数为23.94,也发生于第二次加磁,这2种磁粉均可考虑作为磁力模型试验的模型材料。

地质力学电磁场模型试验相似理论研究

地质力学磁力模型试验是利用电磁力模拟重力、电磁力场模拟重力场的原理建立的地质力学模型试验理论与方法。其试验相似判据可根据相似理论的3个基本原理推导。用量纲分析和方程推导均可得到各参数相似判据为Φ*=ε*=μ*=1,l*=u*=n,p*=σ*=E*=c*=1,k*=v*=q*=1,t*=n,ρ*=1,g*=1/n。在模型中,时间t、几何尺度l缩小n倍,重力加速度g扩大n倍,而材料的其他基本物理力学参数Φ、ε、μ、σ、E、c、k、v、q、ρ的相似比均为1,从理论上说可采用结构的原型材料进行地质力学磁力模型试验,这在模型试验的操作上十分方便。

饱水黄土基底排土场地质力学模型试验研究

为了揭示排土场边坡的变形机理和潜在病害的发展规律,采用地质力学模型试验方法,以黑岱沟露天矿黄土基底排土场作为研究背景,完成了分级填筑模拟排土边坡增高过程,并进行了地下水入渗基底软弱黄土层的模拟试验。介绍了饱水黄土基底排土场的相似物理模拟方法,采用底部注水的方式模拟地下水入渗基底软弱黄土层对边坡稳定性的影响,研究了分级填筑、软弱基底以及饱水条件下黄土基底排土场边坡裂缝开展和发育特征以及边坡破裂面的空间形态特点。研究表明,随着排土高度的增加,主要变形由淤泥质黄土上部坡体向临空方向的压剪变形为主,逐渐转变为天然黄土上方坡体竖向沉降为主,并且黄土基底含水量的持续增加会直接引起边坡的破坏失稳,变形模式为后缘依附淤泥质黄土与天然黄土(水坑边缘)分界面的整体滑动。

深部厚顶煤巷道大型地质力学模型试验系统研制与应用

为研究深部厚顶煤巷道围岩应力演化规律与变形特征,研制了大型地质力学模型试验系统。该系统由反力装置、柔性均布压力加载装置、数字智能液压控制系统和高精度多元实时监测系统组成,具有可自由拼装、模拟空间大、荷载集度高、边界加载均匀和模拟精度高等特点。以赵楼煤矿3302工作面运输巷为工程背景,通过大量的相似材料配比及力学参数测试,确定了两种不同系列的材料分别模拟砂岩和煤层;设计制作了预应力锚杆(索)、箱型支护梁、钢带及托盘等相似构件;对让压型锚索箱梁支护系统进行了大比尺模型试验研究,得到了深部厚顶煤巷道开挖支护过程中的围岩内部应力演化与变形规律。结果表明,该系统能够较好地进行深井煤巷及其他大型地下硐室开挖支护全过程的模型试验研究。