5 地下结构工程地质力学模型试验

4、了解结构物在长期外荷作用下的力学 特性。
如估计地应力大小、顶底板相对位移、塌 落拱形状和大小、支护对地应力的影响、地下 开挖对地表的影响等等。
在进行了所有这些内容的试验后，最终是为了达 到以下目的： 1．为设计中的结构选型和设计参数提供数据， 2．为运营的可靠性提供依据， 3．为理论探讨提供核证。例如研究结构物的力学
当进行平面应变型试验时，可再加两块前后挡板， 其构造特点是刚度大，不易产生侧向挠曲变形， 同时要适当设置试验观察和测试孔口。
（3）大型卧式台架
在上述的小型和中型台架中做的试验模型体积 小，重量轻，易于制作，测试设备较少。因此它的 优点是试验周期短，可以在短期内做几组不同类型 的结构试验，并可以为设计选型较快地提供数据。
5、地下结构工程地质 力学模型试验
5.1 概述 5.2 地下结构模型试验原理 5.3地下结构模型试验模拟技术 5.4 地下工程模型试验实例介绍
5.1概述
5.1.1地下结构模型试验的意义
研究岩体稳定问题，通常采用的方法有工程类 比法、地质结构分析法、数值模拟分析法和地质力 学物理模型试验法等。
氪乙烯板。但它是一种不透明的材料。 利用这种台架进行的试验属于平面应变型的平面结构
试验。 如果取消前后两块挡板(垂直于结构纵向轴的两个侧
板)，则该台架就属于平面应力型的平面结构试验台架。 此时，试验所用的介质应具有自稳和承载能力。
（2）中型竖式台架
由于台架尺寸较大，不允许再用压力试验机加载， 因此就设计自承式中型台架。所谓自承式就是说 加载反力由台架本身承受。
物理模型试验的不足
然而，物理模型试验与其它方法相比 有它的弱点，如: 改变方案很不灵活，重复性差；
测量数据受仪器精度影响大，有一定的 离散性；
有尺寸效应，很难保证所有物理参数都 满足相似理论；
试验工作量大、难度大、费用高，尤其 是三维模型试验更是如此。
5.1.2试验内容与目的
物理模型则由于是真实的物理实体，在基 本满足相似原理的条件下，则更能真实地反映 地质构造和工程结构的空间关系，更准确地模 拟施工过程和影响。
试验结果能给人以更直观的感觉，使 人更容易从全局上把握岩体工程整体力 学特征、变形趋势和稳定性特点，以及 各洞室或结构之间的相互关系，从而做 出相应的判断。
其次，也可以通过物理模型试验，对 各种数值分析结果进行一定程度上的验 证，而不必等到工程施工以后。这无疑 对于大型或超大型岩体结构工程是有重 要意义的。
台架的最大尺寸常在2000～3000mm，纵向尺寸 常在200～300mm。显然，由于台架的闭台框架 要承受千斤顶的作用力，这种台架的构件截面比 较大，重量也较大。
除了垂直方向加载以外，还考虑了侧向加水平荷 载。加水平荷载的方法可以用橡皮气压囊、液压 囊或者用千斤顶。其压力的数值可以用压力表读 出。垂直方向的千斤顶也可以用压力表通过事先 率定得到，或者用压力传感器（第二章所述各种 形式）读出压力数值。
要设计一个试验台架，必须掌握以下几项资料： (1)结构物模型的最大尺寸； (2)模型的估算破坏荷载， (3)台架所选用的材料和受力条件。
根据实际应用的台架情况，有以下几种类型作 为选择的参考。
（1）小型竖式台架
这种试验台架三个方向的尺寸都较小．最大尺 寸为1 m左右。
台架钢板的厚度约为10mm，四周用焊接或分 块螺栓连接。顶部的承压板通过介质的传递将 压力作用在结构模型上。
特性，工程建筑物的设计理论等。
5.1.3试验的准备
为了进行一次结构模型试验，不论其模型的 大小如何，准备工作是必须进行的。
1．试验计划的拟定，一个比较切实可行的试 验计划包括下列内容：
(1)结构(或结构加岩体)模型的类型和比例； (2)模型所用的材料及制备方法；
(3)加载设备的类型； (4)外荷类型以及加载程序； (5)结构模型的测试项目； (6)测试仪表的种类及数量； (7)试验人员的数量及分工； (8)费用。
整个台架可以置于大型压力试验机中进行加载 试验。当台架尺寸比图中的更小时，还可采用 杠杆加载的设备。
小型试验台架的优点是可以利用压力试验机 (或杠杆)加载，台架本身的构件受力较小，因 此构件断面小，台架重量轻。
在介质的侧面放置钢化玻璃或有机玻璃，其作用有二： 1、利用它们的透明性质进行观察； 2、利用它们的光滑性质减小介质与四周的摩擦力。 为了达到第二个目的，有时采用摩擦系数很小的聚四
2、结构模型的制备和仪表的安装
为了完成一次模型试验，模型的制 备和仪表元件的安设是两件最重要 的准备工作。对于工程建筑物来说， 常采用砂浆，混凝土或石膏等作为 制造模型的材料。
模型比例的选择与加载设备的大小 有关。另外，模型材料又与模型比 例有关。
大比例与小比例目前还没有一个明
确的界线，但从经验上来说，对于
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大型工程建筑物可以用1：10～1 ：
15作为分界线。
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3、模型试验台架
模型试验台架就是容纳模型结构 并能进行加载的试验设备。目前国 内外有相当数量的各种类型的台架。
从台架材料来看，有钢结构和钢筋 混凝土结构两种；
从台架尺寸来看，有几十厘米的小 台架一直到十几米的大台架；
从受力条件看，有竖式台架和卧式 台槊，以及一维二维受力台架和三 维受力台架等。
室内模型试验是将实际工程结构物(以及与 之接触的岩体)按照一定比例做成模型，然后 在加载台架中进行不同内容的试验。这些内 容概括起来是： 1、比较不同类型结构物的承载能力； 2、比较不同类型外荷对于同一结构物的
作用结果；
3、了解结构物在受外荷过程中，其内部 应力和结构变形特性，以及与之接触的岩体的 力学变化特性；
对于中小型工程，一般只采用前几种方法进行 研究，但对与大型或超大型工程，地质力学物理模 型试验则是必要的。
为什么？
这不仅是因为超大型工程往往没有先例可 以比较，地质和地应力条件千差万别，而且采 用不同的数值分析方法和模型也会给出差别较 大的结果。这在工程尚未施工时也很难对它们 的差别做出准确判断。