Page 101 - 2023年第54卷第7期

表 １ 模型破坏试验中主要物理量相似比
相似条件 相似常数 相似比 相似条件 相似常数 相似比
＝
几何 Ｃ Ｌ １００ 变形模量 Ｃ Ｅ Ｃ σ １００
＝
容重 Ｃ γ １ 黏聚力 Ｃ ｃ Ｃ σ １００
泊松比 Ｃ μ １ 内摩擦角 Ｃ φ １
应变 Ｃ ε １ 摩擦系数 Ｃ ｆ １
＝
应力 Ｃ ＝ Ｃ Ｃ Ｌ １００ 抗拉强度 Ｃ ｔ Ｃ σ １００
σ
γ
σ
＝
位移 Ｃ ＝ Ｃ Ｌ １００ 抗压强度 Ｃ ｃ Ｃ σ １００
δ
σ
荷载 Ｃ Ｆ Ｃ Ｃ Ｌ ３ １ × １０ ６ 抗剪强度 Ｃ ＝ Ｃ σ １００
＝
τ
γ
２．３ 模型材料模拟 地质力学模型试验不仅考虑材料线弹性期间的应力、变形等情况相似，也要保证
材料塑性阶段的应力、应变曲线完全相似。此外，还要求模型的强度特性也应与原型相似。在以往研
究和预试验基础上，确定了 ＣＳＧ坝体模型的原材料：选用模型砂（河砂）为粗骨料、重晶石粉作为细
骨料，精铁粉作为增重剂来保证模型和原型实现容重相似。考虑到 ＣＳＧ材料的强度并不高，选用石膏
作为主要胶结材料，水泥作为次要胶结材料。同时对 ＣＳＧ材料开展三轴抗剪试验，在实现物理力学参
数（容重、泊松比、弹性模量）相似的基础上，增加了 ＣＳＧ材料的抗剪强度（黏聚力 Ｃ、摩擦系数 ｆ）相
似 ［１０］ 。本次试验时降低了摩擦系数的目标值，增大了模拟材料的黏聚力，最终得到了满足原型坝体抗
剪强度要求的相似材料，坝体原型与模型材料力学参数见表 ２。

表 ２ ＣＳＧ坝体物理力学参数对比
３
类型 密度 ρ ?（ｇ?ｃｍ ） 弹性模量 Ｅ?ＭＰａ 摩擦系数 ｆ 黏聚力 Ｃ?ｋＰａ 泊松比 μ 建基面摩擦系数 ｆ
ＣＳＧ原型材料 ２．３６ ４０００ ０．４６～０．７８ ４７６～１０００ ０．２ ０．８７
ＣＳＧ模型材料 ２．２６ ４０．２５ ０．４８ ５４．８ ０．２ ０．８５

根据守口堡大坝的地质条件，将其看作一个整体均质地基。双斜滑动面地基破坏试验坝基材料模
拟采用重晶石粉、机油及可熔性高分子材料等为主，制备成大量 １０ｃｍ × １０ｃｍ × ７ｃｍ的块体，按照岩
体发展的倾角和走向进行堆积。坝基岩体的裂隙以模型块体间的间隔进行模拟，没有考虑裂隙间的连
通率，裂隙和岩体间的力学参数采用块体交错摆放实现。断层间加入软料和薄膜模拟相应的力学参
数，软料以重晶石粉、机油及可熔性高分子材料等为主，按所要求的力学指标配制相应的混合料备
用，再选用不同材质的薄膜（蜡纸、聚四氟乙烯薄膜）配合使用，来模拟抗剪断强度的相似性 ［１９ － ２０］ 。
对厚度大的软弱结构面，采用铺填压实法制模；对厚度较小的软弱结构面，采用敷填法制模。岩体、
结构面材料的力学参数如表 ３所示。
表 ３ 模型岩体、结构面物理力学参数

岩体抗剪断强度
３
序号 岩体、结构面名称 容重?（ｇ?ｃｍ ） 弹性模量?ＭＰａ 泊松比
ｆ′ Ｃ′?ＭＰａ
１ 均质地基 ２．４０ ０．８６ １．２４ １００．０ ０．２３
２ Ｄ ２ ５ ２．８１ １．００～１．２０ １．００～１．１０ ８２．５ ０．２５
４
３ Ｄ ２ ２．７０ １．００～１．２０ １．００～１．１０ ７０．０ ０．２３
２
４ Ｄ ２ ２．６５ ０．６５ ０．４５ ３３．０ ０．３０
５ Ｄ ２ １ ２．７２ ０．９０ ０．９０～１．００ ５５．０ ０．２２
６ Ｄ １ ２ ２．７２ １．００～１．２０ １．００～１．１０ ７０．０ ０．２３
７ ｆ１１５ 、ｆ１１４、１０ｆ２、Ｆ３１ １．６５ ０．３７ ０．０２ ０．７０ ０．４０
８ ＪＣ － Ｂ １．８０ ０．４０ ０．１５ １．５０ ０．４０
９ ＪＣ － Ｃ １．６５ ０．３７ ０．０２ ０．７０ ０．４２

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