Page 39 - 2023年第54卷第9期

综合图 １、图 ２可得，热像图能很好地反映监测物
表面的热分布情况。在试块抗压试验中，由荷载作用产
生的裂缝之间抗滑力较大，抗滑区域材料发生不均匀变
形并造成应力重新分布，产生局部应力集中以致进一步
变形破坏，整个过程会伴随着能量的积累与释放；试块
裂隙处聚集了较多热量，图像呈现的破坏区域与完整区
域的热对比度较强。
由试块热成像试验可知：试验初始，材料温度分布
均匀，差异性不大；试块整体呈现冷色调，材料无明显
裂隙产生，对应的 Δ Ｔ及 Δ Ｔ变化作用甚微。模型材料 图 ２ 试块抗压试验温度荷载曲线
２
３
受力后，材料应力增 加，Δ Ｔ增幅 明显。随 着加压荷 载
１
的持续增大，贯通位置产生裂隙，应力及压剪性摩擦产生的 Δ Ｔ和 Δ Ｔ作用远大于裂纹产生及扩展的
１
３
Δ Ｔ，温度升高。在此阶段，红外热像图中裂隙处的颜色对比明显，说明试块受力破坏可以及时地反
２
映在热像图中，为后续地质力学模型试验的量测提供了基础和依据。基于试验结果，本文提出一种简
单易行的破坏判别指标 Δ Ｔ，将判别指标的阈值 Δ Ｔ设置为 １．２～１．８℃。

３ 三维地质力学模型试验

３．１ 工程概况及地基地质条件 本次试验选取守口堡大坝，作为模型试验的坝体部分 ［１６］ 。守口堡大
坝为 ＣＳＧ坝，最大坝高 ６１．６ｍ，上下游坝坡坡比均为 １∶０．６。试验选取地基位于四川省龙门山武都重
力坝 １８坝段 ［１７］ ，地基是发育完全的双斜滑动面地基，地基内部存在两条缓倾断层 ｆｌ１４、ｆｌ１５，两条陡
倾断层 １０ｆ２、Ｆ３１，以及 ５条层间错动带 ＪＣ６ － Ｂ、ＪＣ７ － Ｂ、ＪＣ６０ － Ｂ、ＪＣ２ － Ｃ、ＪＣ２１ － Ｃ的地基剖面图见
图 ４。
３．２ 相似条件及相似关系 两个相似的物理体系之间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 ［１８ － １９］ 。
结合模型的模拟范围，并考虑到水工结构模型实验室的场地及模型观测精确度的问题，选定模型
的几何比尺为 １∶１００，即 Ｃ ＝ １００。根据相似理论计算，得到其余相似关系如表 ２所示。
Ｌ
表 ２ 模型试验主要物理量相似比

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
γ
σ
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
３．３ 模型设计及材料研制 地质力学模型材料变形特 性 的比 例尺 必须 和模 型 的 几何 比 尺 相等或 接
近，而模型受几何比尺和实践条件的限制，地质力学模型材料需要选择高容重、低强度、低变形模
量的材料 ［２０］ 。因此，本次坝体模型材料选用模型砂（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 胶凝 砂 砾 石材 料 的 强度 低 ［２１ － ２２］ ，选用石膏
０
— １ ４ ９ —