物理相似模拟的基本知识及其在地下工程中的应用.pdfVIP

物理相似模拟的基本知识 及其在地下工程中的应用 主要内容  相似材料模拟实验方法概述  地下工程中的相似材料模拟实例  工程应用示范讲解  地下工程相似材料模拟技术的发展方向 2 实验力学和计算力学是研究岩土工程问题的两个重 要手段。实验力学是将实际物理原型缩小到试验体（如 模型架）内，在满足基本相似条件（包括力学特性等） 的基础上，模拟真实过程发生时的主要特征，其具有再 现真实物理过程和易重复、易控制的优势。计算力学是 根据力学中的理论模型，利用现代电子计算机和各种数 值方法解决力学中的实际问题的一门新兴学科。 岩体是一种抗压不抗拉的天然材料，其具有典型的脆性材料 特征，近年来由于地质力学模型的出现使得脆性材料结构模型试 验的研究有了新的突破，其研究的内容已远超“实验应力分析” 的范畴。 相似材料配比的合理与否是物理相似模拟试验成败的关键， 岩体材料在力学性能上类似于混凝土材料，但在地质工程中岩体 材料区别混凝土材料的物理特性上主要在于其内部存在大量的孔 隙、微裂隙和构造，这使得岩体材料与混凝土在力学性能上产生 了区别，为此，在配制相似模拟材料中预制微裂隙和孔隙以达到 材料物理特性的相似可以有效地模拟岩体材料，并能充分体现岩 体地下工程中围岩的脆性、及其大变形破裂、破坏、破碎的特性。 本次试验采用了新的相似材料配比，配比材料为石子（粒径3- 6mm）、细沙（0.25-0.35mm）、石膏、水、硼砂，试验配比方案 见表 试验相似模拟材料配比表 配比 石子/100% 石膏/100% 沙子/100% 备注 试验编号 试验1 0.5 0.5 0 试验2 0.6 0.4 0 试验3 0.67 0.33 0 试验4 0.33 0.33 0.33 试验5 0.29 0.29 0.43 试验6 0.25 0.25 0.5 配比材料按质量计 试验7 0.44 0.11 0.44 算 试验8 0.4 0.2 0.4 试验9 0.46 0.08 0.46 试验10 0.31 0.08 0.61 试验11 0.32 0.05 0.63 试验12 0.48 0.05 0.48 试验13 0.49 0.02 0.49 §岩石物理相似模拟试验 §支护力和变形量可调试验支架 对于支架的设计针对两种典型的巷道断面，分别为圆形 和矩形，圆形巷道模型支架直径为20cm，矩形巷道模型 支架跨度和高度为20cm，支架长度为15cm，可调量为巷 道模型尺寸的50% ，模型支护设计强度为0-1.5Mpa，应 力相似比20条件下模拟实际工程支护强度范围为0- 30MPa 。 支架组件包括：圆钢管、钢背板、调节螺杆、压力 传感器、万向头以及标尺等。 通过调节螺杆可以控制圆钢管和钢背板之间的距