地质力学模型是一种物理模拟研究方法,用于研究工程建筑结构和岩体结构的共同作用,定量或半定量地解决在工程荷载作用下建筑物和地基岩体的变形和稳定状态,及在超载作用下的破坏过程和破坏机制,以对建筑物的安全做出评价。国内将大型地质力学模型试验用于大坝工程建设中是始于20世纪70年代后期,首先将其应用于葛洲坝工程二江泄水闸的抗滑稳定,其后在龙羊峡大坝的坝肩稳定,三峡工程永久船闸高边坡的开挖程序和变形状态,三峡工程左岸厂房坝段深层抗滑稳定性,小浪底工程地下厂房多裂隙层状介质岩体的稳定性评价,二滩水电站拱坝整体稳定,以及铜街子、构皮滩、小湾、隔河岩、溪洛渡等工程,均进行了二维(平面)和三维的地质力学模型试验,为建筑物设计提供了极有价值的资料。实践证明,地质力学模型试验技术有其独特的价值,表现在:①能够真实地反应混凝土建筑物及其基础在外荷载作用下从弹性到屈服直至破坏的变化过程,这是现阶段大型三维非线性有限元计算无法完成的。②可以直接观察到建筑物和地基的变形特征、变形发展过程和破坏机制,从而取得基础设计和地基加固处理的重要资料。③可以取得基础岩体变形的屈服极限、破坏极限及超载系数,从而对建筑物及基础的安全度有一个比较明确的概念。④可以根据需要,模拟边坡和地下洞室不同开挖程序、开挖方法对岩体变形和失稳的影响,从而为工程施工方案提供依据。
近10年来,地质力学模型试验技术也应用于许多自然地质现象的发生、发展过程和破坏机理的研究上,如葛洲坝坝基层间剪切带、铜街子大坝坝基地质结构的形成机理、龙滩与五强溪水电站高边坡变形和破坏机制以及黄蜡石滑坡基岩弯曲松弛带的模拟研究等,均取得了许多重要的成果。为了取得地质力学模型试验的良好效果,需要十分注意模拟材料的研究和改进。我国早期对模拟材料的研究主要参考意大利ISMES的试验材料,后又研究了环氧树脂作为胶凝剂的材料性能。此后,为了适应三维地质力学模型试验的需要,特别是模拟地基岩体中断层、夹层等与岩体性质差异很大介质的重力、强度和变形性能,同时要求这些模型材料有稳定的力学性能,不受到外界温度和湿度变化的影响。龙羊峡工程是以石膏为胶结材料,以重晶石粉为加重料,以淀粉及甘油为外加剂的地质力学模型材料,能模拟坚硬岩石及性质差异很大(低容重、低强度、低弹模)的断层破碎带和软弱夹层。葛洲坝工程采用重晶石加沙和重晶石加石灰石来模拟粘土质粉砂岩和砂岩,用塑料薄膜、锡箔纸涂二硫化钼模拟夹层的摩擦系数。三峡工程用一定粘度的机油代替石蜡油作粘结剂,用立德粉代替氧化锌做加强剂等(见表12-3)。(www.xing528.com)
表12-3 几个大型地质力学模型试验
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