地质力学模型试验理论与应用_罗先启毕金锋_9787313154866

“大飞机出版工程·其他系列”之一。在阐述与回顾经典的量纲分析与相似定理的基础上，结合滑坡模型试验自身的特点，阐述了滑坡模型试验相似理论和相似判据的确定方法，并提出了滑坡模型畸变修正方法与畸变模型设计理论；研究并开发了考虑水库水位变化和大气降雨作用下的滑坡物理模型试验系统，该系统包括模型试验平台起降、室内人工降雨、水库水位变化控制、多物理量测试、非接触位移光学测试和r射线透射法土壤水分测试六大系统，具有自动化程度与测试精度高等特点；在滑坡相似材料配制和评价方面提出并建立了基于模糊评判理论的滑坡模型试验相似材料择优方法，使相似材料的选择和配制更加快捷、准确；利用滑坡模型试验理论和研发的滑坡物理试验系统对三峡库区千将坪滑坡形成机制进行深入研究，获得了部分具有一定理论与应用价值的研究成果，进而揭示三峡库区滑坡在降雨与库水耦合作用下的形成机制。

　　从20世纪初，西欧一些国家就开始进行结构模型试验，并逐渐建立了相似理论。60年代意大利的瓦意昂（Vajont）双曲拱坝溃坝事件促使了地质力学模型试验的诞生，以富马加利（E.Fumagalli）为首的专家在意大利结构模型试验所（ISMES）以瓦意昂（Vajont）双曲拱坝为背景开展了大比尺三维模型破坏试验研究，试验研究范围从弹性到塑性直至最终破坏阶段，取得了较好的效果，翻开了地质力学模型试验技术的第一页。

　　框架式模型试验，将模型按几何相似原则，缩小n倍，同时将附加荷载也相应地缩小n倍后，在1g重力场中进行模拟试验。然而土是碎散性材料，现实还难以实现在保持其原有物理、力学性质条件下，将其自重应力水平转化为1／n。因此，该试验只是部分满足了物理模型与原型间的几何相似和力学相似，而不能反映原型的整体特征。

　　土工离心模型试验是法国人菲利普（E.Phillips）在1869年首先提出来的，发展迄今，已逾百年。从初始提出时期的默默无闻，到今天世界各国竞相发展土工离心模型试验并使之逐渐成为岩土力学学科研究的重要组成部分，离心机数量的急剧增加和大型化、专业化的发展趋势，使世界上逐渐形成了多个专门的离心模型试验中心，并形成了各自的特色。但该方法同样也存在着无法避免的技术难题，如处于高速旋转的离心机戽头中的土体内，各质点处的离心力的大小随该质点所处的位置至旋转轴心的距离的增加而增大，实质上离心力彼此是不平行的、非均匀的，与原型铅直、均匀作用于土体的重力加速度（1g）存在着明显的差异；还有模型材料粒径效应与模型几何尺寸效应的问题，都会对模型试验的结果产生不利的影响。

　　离心机模型试验利用“离心力场”模拟“重力场”的思想代表着模型试验的发展方向。清华大学曾经探讨了利用水流渗透所产生的拖曳力来增加土体体力的方法，其原理是利用“重力场”和“渗透力场”的叠加来模拟“重力场”，并取得了一定的成果。这种方法要求研究对象必须是饱和体，而且渗透系数必须达到一定程度，自由边界也必须是平面的。然而，利用“外力场”模拟“重力场”的原理和基于“场”相似理论的思想，为地质力学模型试验理论的发展提供了发展方向。地质力学磁力模型试验利用“磁力场”与“重力场”的相似性，用磁性模型相似材料在磁场中所受到的“磁力场”来模拟ng“重力场”。如果将励磁线圈的通电电流调整为交变电流，则可以得到交变电磁场，根据不同地震波的特点，实时控制交变电流的频率、大小和方向，可以实现模拟地震等动荷载的效果，使得在实验室模拟地震等动力荷载变得更为简单和方便。

　　模型试验结果的准确性首先基于相似材料的相似性。在相似材料的研究中除了采用正交设计、均匀设计等试验理论来寻找合适相似材料的配合比外，作者提出了基于模糊评判理论的模型试验相似材料择优方法；针对模型试验中相似条件不能完全满足的问题，作者提出了畸变补偿方法修正地质力学模型试验的相似理论；结合三峡库区滑坡模型的特点，作者开发了考虑水库蓄水和大气降雨作用下的滑坡物理模型试验系统；借鉴离心机模型试验利用离心力场模拟ng重力场的思想，作者采用含有铁磁的相似材料在磁场中受到的磁力场来模拟ng重力场，建立了地质力学磁力模型试验理论，并研制了一台地质力学磁力模型试验设备。

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