相似模拟实验是以相似理论、因次分析为依据的实验研究方法,由于模拟实验可人为控制和改变实验条件,从而可确定单因素或多因素对岩体压力影响的规律。
相似模拟实验是20世纪30年代由苏联库兹涅佐夫提出的,并在全苏联矿山测量和煤炭研究院等应用。随后在德国、波兰、日本、澳大利亚以及美国等国家也得到广泛应用。发展至今已成为国外矿业界的一种重要的研究手段。
我国1958年率先在北京矿业学院(现中国矿业大学)的矿压实验室建立了相似模拟实验架,并逐步扩大到煤炭科学研究院、各煤炭高校以及冶金、水利、矿业、地质、铁道以及岩土工程等部门。20世纪60年代相似材料模拟技术在国内获得了广泛应用。在矿业系统,当时主要利用平面应力相似模拟实验为主,通过平面应力模拟实验架重点从宏观及定性的角度来研究矿山开采过程中上覆岩层的移动规律,开采过程同岩层移动之间的相互关系等。在水利水电建设上,水利部门为葛洲坝水库的建设进行了相似模拟研究,建筑系统也采用模拟实验方法研究了上海黄浦江边的高层建筑物受台风的影响。
对于实际处于三向应力状态的研究对象——岩体,通过适当的简化常把有关问题简化成平面问题来处理往往无法达到“仿真”的目的。因此,应采用立体模拟实验较为可靠,研究结果较接近实际,于是进入20世纪70年代后期及80年代以后,国内外相继出现了平面应变相似模拟实验架、立体模拟实验装置。俄罗斯、德国、波兰等国均建有立体模型。
国内中国矿业大学、重庆大学等单位也都建有平面应变模拟及简易的立体模 拟实验装置。如德国(当时联邦德国)埃森岩石力学研究中心的10m×2m×2rn的立体模拟实验台,重庆大学矿压室的1.5m×1.3m×1.2rn的立体模型和ETVE-85型1.0m×1.0m×0.6m的卧式立体模型,洛阳工程兵部队的0.5m×0.5m×0.2m卧式布置的平面应变实验台,以及中国矿业大学的立式平面应变相似模拟实验台和平板式模拟实验台。这些设备对当时有关模拟实验发挥了重要作用。通过相似模拟实验取得了不少研究成果,如著名的“砌体梁”理论、地下开采引起上覆岩层“三带”形成的规律以及地压显现与岩层断裂的规律等。在很大程度上都是借助相似模拟实验方法而得出的。