水工结构地质力学模型试验应满足的相似条件与结构破坏模型试验相同。但对小块体地质力学模型，还应同时满足:

①岩体中各方向节理、裂隙出现的频度之比，模型应与原型(实际地基的概化模型)相同。

②岩体中节理、裂隙的连通率，模型应与原型相同;节理，裂隙面的抗剪强度，模型与原型应保持相似。

③模型中小块体材料的物理力学指标除应与原型中相应岩石试件的室内试验指标保持相似外，模型材料的小块体组合体(至少由100多块小块体砌成)的力学性能也应同原型相应岩体的宏观力学性能保持相似。

水工结构地质力学模型试验于20世纪60年代首先在意大利开始进行，随后在南斯拉夫等国也相继进行这种试验，且规模较大。中国在20世纪70年代后期也开始了这方面的试验研究工作，清华大学首先开展了凤滩拱坝地质力学结构模型试验，此后中国许多高拱坝部进行过地质力学结构模型试验 。2100433B

水工结构地质力学模型试验(Hydraulic structure geological mechanics model test)是指通过以相似原理制作的模型和所施加的荷载来模拟水工结构物和地基岩体的地质构造、物理力学特性及其在受荷载情况下产生结构破坏的试验。这种试验的模型通常是采用高容重、低变形模量、低强度的材料制成。用模型材料的容量来模拟原型材料的白重。水工结构地质力学模型试验主要用于研究结构及基础在超过弹性极限以后的黏塑性范围直到破坏的静力平衡问题。由于模拟了地基的工程地质条件，因此这类模型试验是研究结构的地基及坝肩稳定，岩石高边坡稳定以及地下结构围岩稳定等问题的有效方法。在这种模型中，如果只模拟地基中的断层及软弱夹层等生要不连续体，称大块体地质力学模型。如果除模拟上述主要不连续体外，还模拟岩体中的主要节理、裂隙组，称小块体地质力学模型 。

模型材料的研究是本类模型试验的技术关键，只有采用合适的模型材料才能保证试验结果的可靠性。意大利贝加莫结构模型试验所(ISMES)首先研制出用石有、氧化铅、膨润土、水和用环氧树脂、重晶石粉、浮石粉、甘袖、水等混合料作为模型材料，其中氧化铅，环氧树脂固化剂等会造成环境行染，对人体健康有害。中国近年来采用重晶石粉、腻子、石膏、水、甘油等的混合料以及石膏、重晶石粉、铁矿石粉，砂、水、石蜡油等混合料，它们无污染、较经济。地质力学模型材料要同时满足变形特性及强度特性相似，这些问题的研究，已取得较大的进展。大块体地质力学模型的制作，可用模板现浇成型。为了减少养护干燥时间，也可采用在模板内夯击成型。对于小块体地质力学模型，由于需用上万块甚至数万块模型材料块体，故多采用压模成型，即将搅拌均匀的混合料置于钢模具内，在成型压力机上压制成各和标准尺寸的块体，用以制造模型。此种制模的方法效率较高，如改变成型压力也可以调整块材的力学性能，同时容重也会相应地改变。三轴试验结果表明，这种方祛制成的模型块体，能较好地模拟多种岩石。但这种压制的块材有时会出现各向异性的特点。由于模型材料强度较小，变形模量也较低，因此，地质力学模型试验要求加荷设备具有较高的精度，如采用加工精度较高的小型或微型千斤顶组或其他液压加荷装置。但模型加荷直至破坏时其总荷载也需增大若千倍，故通常在试验中安装两套量测压力的装置，一套量程小，分辨率高;另一套量程大，分办率较低，以适应不同加荷阶段之需。关于地震惯性力，按照静力法的概念，可将模型向惯性方向倾斜某一角度，用模型白重沿该方问的分量米近似地模拟地震惯性力。

水工结构地质力学模型试验以量测位移为主，包括模型表面的绝对位移和模型内部一些地质构造面两侧的相对位移。量测设备多采用电测微型位移传感器和自动检测记录系统。由于模型材料的变形模量比较小，在模型表面粘贴电阻应变片不能反映测点的真实应变(刚化影响)，故通常在模型表面贴电阻应变片是为了监测模型的开裂时机及裂缝的发展情况。以便配合位移的量测成果，分析判断结构物及地基失稳的发生和发展过程 。

第1章绪论

1.1地质力学模型试验的意义

1.1.1地质力学模型试验

1.1.2工程背景

1.1.3地质力学模型试验的必要性

1.2地质力学模型试验的研究现状

1.2.1地质力学模型试验的发展

1.2.2高拱坝地质力学模型试验研究进展

1.3地质力学模型试验的发展趋势

参考文献

第2章地质力学模型试验的相似理论

2.1相似理论基础

2.1.1基本概念

2.1.2量纲分析

2.1.3相似第一定理

2.1.4相似第二定理

2.1.5相似第三定理

2.2相似关系分析和结构模型分类

2.2.1方程分析法

2.2.2量纲分析法

2.2.3定律分析法

2.2.4相似模型

2.3地质力学模型试验的相似条件

2.3.1相似比尺

2.3.2静力结构模型的相似判据

2.4考虑时效的模型试验相似理论

2.5小结

参考文献

第3章地质力学模型试验相似材料及模型加工技术

3.1模型试验材料

3.1.1模型试验材料特性

3.1.2模型试验材料分类

3.1.3材料试验和配比确定

3.2小块体砌筑技术

3.2.1小块体砌筑技术简介

3.2.2小块体制作

3.2.3坝拱坝体砌筑和雕琢

3.2.4裂隙岩体模拟

3.2.5断层、破碎带模拟

3.3基础处理措施模拟技术

3.3.1建基面混凝土置换

3.3.2深部混凝土置换

3.3.3大坝贴角模拟

3.3.4预应力锚索模拟

3.4小结

参考文献

第4章模型试验装置和加载系统

4.1模型试验装置

4.1.1基座式试验槽

4.1.2钢架式试验槽

4.1.3新型多功能模型试验平台

4.1.4其他新型模型试验平台

4.2模型荷载模拟

4.2.1重力荷载

4.2.2静水荷载

4.2.3联合的合成荷载模拟

4.2.4渗透压力模拟

4.2.5地应力荷载模拟

4.2.6洞室内压

4.3拱坝水压力模型荷载计算

4.3.1基本参数

4.3.2每层单位宽度内的集中力计算

4.3.3集中力垂直作用位置

4.3.4集中力的水平坐标位置和大小

4.4模型加载设备

4.4.1手工油泵千斤顶加载

4.4.2多点伺服加载系统

4.5小结

参考文献

第5章数据采集和监测

5.1应变测量原理

5.1.1测量原理

5.1.2线路分析

5.1.3温度补偿

5.1.4桥路

5.1.5光纤测量

5.2数据采集

5.2.1应变测量及应力计算

5.2.2位移测量方式

5.2.3绝对位移的测量

5.2.4相对位移的测量

5.2.5温度测量

5.3破坏监测

5.3.1摄像头监测

5.3.2声发射

5.4数据处理和结果分析

5.4.1测量结果的误差分析

5.4.2统计分析

5.4.3试验精度的影响因素

5.5小结

参考文献

第6章基于地质力学模型试验的高拱坝稳定评价分析

6.1整体稳定的评价准则

6．2基于地质力学模型试验的国内高拱坝安全稳定评价

6．3试验位移分布与整体稳定性的关系

6．3．1大岗山拱坝模型试验整体安全度

6．3．2拱梁及坝周顺河向位移分析

6．3．3拱坝位移方向角分析

参考文献

第7章溪洛渡拱坝地质力学模型试验及破坏模式分析

7．1概述

7．2地质力学模型试验

7．2．1模型砌筑

7．2．2加载布置

7．2．3测点布置

7．2．4数据采集系统和破坏监控系统

7．3试验结果分析

7．3．1坝体位移分布

7．3．2坝体应力分布

7．3．3坝肩岩体变形分布

7．3．4层间层内错动带相对位移分布规律

7．3．5破坏形态及机理

7．3．6整体安全度和破坏分析评价

7．4试验主要结论

参考文献

第8章基于地质力学模型试验的大岗山拱坝加固效果分析

8．1工程概况

8．2地质力学模型试验

8．2．1模型试验设计

8．2．2坝基裂隙岩体模拟

8．2．3断层模拟

8．2．4基础加固模拟

8．2．5加载及量测系统

8．3试验结果分析

8．3．1坝体位移分析

8．3．2应力分析

8．3．3超载位移分析

8．3．4开裂破坏过程分析

8．3．5整体稳定评价

8．4加固措施影响评价

8．4．1应力影响

8．4．2变形影响

8．4．3超载破坏模式影响

8．4．4整体稳定性影响

8．5与数值模拟的对比

8．5．1位移对比

8．5．2应力对比

8．5．3开裂破坏对比分析

8．5．4加固措施效果对比

8．5．5整体稳定

8．6试验主要结论

参考文献

第9章不对称拱坝地质力学模型试验及与数值模拟的对比

9．1工程概况

9．2地质力学模型试验

9．2．1相似比参数选择

9．2．2模型模拟范围

9．2．3测点布置

9．3试验结果分析

9．3．1坝体位移分析

9．3．2正常水载下坝体的应力分布

9．3．3坝体超载变形及开裂

9．3．4岩基变形及破坏机制

9．3．5各平切高程的开裂和破坏结果分析

9．3．6坝踵和坝趾开裂

9．3．7坝肩滑块的破坏情况

9．4与数值模拟成果的对比

9．4．1坝踵开裂对比

9．4．2坝趾破坏和不平衡力计算结果对比

9．5试验主要结论

参考文献

第10章有缝高拱坝的地质力学模型试验

10．1概述

10．2地质力学模型试验

10．2．1模型试验设计

10．2．2模型砌筑

10．2．3坝体裂缝的模拟

10．2．4模型试验装置

10．2．5监测点布置

10．3试验结果分析

10．3．1应力分析

10．3．2变位分析

10．3．3内部观测分析

10．3．4开裂破坏研究

10．4试验主要结论

参考文献

附录A变形加固理论简介

A．1结构的稳定和失稳

A．2高拱坝整体稳定性评价

A．3变形加固理论的有限元表述及局部破坏评价

A．4小结

参考文献2100433B

地质力学模型试验根据它们的特点可分为下列各种类型：

(1)按模型试验的性质划分：①平面或二维模型试验；②空间或三维模型试验

(2)按模型模拟的详细程度划分：①大块体地质力学模型；②小块体地质力学模型

(3)按模拟的地区或深度划分：①地表岩体模型；②深层岩体模型；

(4)按模型的制作方式划分；①现浇式模型；②预制块体砌筑模型。2100433B

水工结构动力模型试验(Hydraulic structure dynamic model test)是指通过以相似原理制作的模型和所施加的动力荷载来研究水工结构物的动力特性及其在各种动力荷载作用下的动力响应的试验。