地质力学模型试验台的研制与应用
地质勘察中的地质力学分析方法
地质勘察中的地质力学分析方法地质力学是地质学的一个重要分支，其研究对象是岩石和地层在不同应力条件下的力学性质。
在地质勘察中，地质力学分析方法是评价和预测地质灾害、工程稳定性和岩土工程性质的重要手段。
本文将介绍地质勘察中常用的地质力学分析方法，包括物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等。
一、物理力学性质测试物理力学性质测试是地质力学分析的基础。
通过对野外或实验室采集的岩心、岩样进行物理性质测试，可以获取材料的密度、孔隙度、孔隙水饱和度等参数，进而分析岩石的力学性质。
常用的物理力学性质测试包括岩石密度测试、孔隙度测定和渗透性试验等。
二、力学参数试验在地质力学分析中，力学参数是评价材料力学性质的重要指标。
力学参数试验是通过对岩石样品进行静态或动态试验，获取其强度、弹性模量、抗剪强度等参数的方法。
常用的力学参数试验包括抗压试验、拉伸试验、剪切试验以及岩石弹性模量和泊松比试验等。
三、岩石力学模型岩石力学模型是在地质力学分析中用于描述材料行为的数学模型。
不同类型的岩石和地层在不同的应力条件下表现出不同的力学特性，通过构建适合实际情况的岩石力学模型，可以更准确地分析地质问题。
常用的岩石力学模型有弹性模型、塑性模型和弹塑性模型等。
四、数值模拟数值模拟是地质力学分析中较为复杂和高级的方法之一。
通过建立合适的数值模型，并运用数值方法求解，可以模拟岩土体的力学行为和变形特性，预测其在不同条件下的响应。
常用的数值方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
由于地质力学分析方法的深入和发展，目前已经涌现出许多基于实际情况的改进方法和新的数值模型。
例如，针对岩体断裂和裂纹的分析，提出了岩体断裂力学、岩体组分断裂力学等新的分析方法。
此外，随着计算机技术的快速发展，人工智能算法在地质力学分析中的应用也越来越广泛。
综上所述，地质勘察中的地质力学分析方法是评价和预测地质问题的重要手段。
通过物理力学性质测试、力学参数试验、岩石力学模型及数值模拟等方法，可以更准确地分析地质体的力学性质和行为，为工程设计和地质灾害预防提供科学依据。
滑坡变形规律的地质力学模型试验研究
２） 对坡 体表 面 及 内部 位移 分别 采用 电阻应 变 式传感 器 和全
站 仪经 行测 量 ， 达 到试 验数 据 有科 学性 、 正确 性 、 准 确性 的 目的 。 ３） 正 确选用 试 验模 拟 工具 和方 法 。雾 化喷 头及 坡体 锚 固结
构 ， 相 对尺 寸与 实际 相似 度较 高有 较强 的 相似性 、说 服性 。 ４ ）合理运用控制变量法、夹逼法进行试验 ， 有效评估了有、 无 支挡结 构 的不 同破坏 程 度 ， 对得 出试验 结论 提 供了重 要的依 据 。
同 支护 条件 下 开挖路 堑 与降 雨作 用分 别对 边坡位 移 影响 大小 比较 。
关 键 词 滑坡 变形 ； 地质力学模型 ； 相似原理 中 圈分 类号 ：Ｐ ６ ４ ２ ． ２ ２ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ｌ ６ ７ １ —７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ３ ）０ ４ ２ — ０ ７ ５ 一 Ｏ １
１ 试验 内容
１ 。 １ 开 挖路 堑与降 雨工 况 对边 坡变 形及 滑动 影响 作 用对 比
通 过 对 相 同条 件 下 的边 坡 （ 有 支 护 或 者无 支 护 ）在 开挖 路
用以上材料 ， 按照相似关 系制作模 型试验中的边坡材料和抗滑 桩钢 １ 试 验截 面 的选取
１ ． ２ 边 坡支 护与否在开 挖路 堑 与降雨工况下 的变 形滑动规律 对 比 分别 对 支护 与 没 有 支 护 的边 坡在 相 同工况 作 用 下 （ 开 挖 路
堑 ＋降雨 ） 表面位移 、内部位移监测 ， 通过对 比两者相 同位置 测点 的位 移变 化趋势 ， 对边 坡 支护结 构作 用作 出定性 的评价 。
１ ． ３ 试 验特 色及创 新
岩土工程中的物理模拟研究及应用
岩土工程中的物理模拟研究及应用岩土工程作为地质工程的一个重要分支，是指采用岩土力学、工程地质学、力学和土力学等科学理论，对各种地质现象与工程问题进行分析和解决的一门学科。
在建筑工程领域中，岩土工程的作用不可忽视。
然而，在进行岩土工程设计与施工时，常常会遇到复杂的地质条件，如地层多变、地下水位高低起伏、地面不平等等。
为了提高岩土工程设计与施工的准确性和有效性，物理模拟研究成了必不可少的手段之一。
一、物理模拟物理模拟，是指将一个现象、过程或系统，按照一定比例和特定的物理模型，用实验手段来展现和研究这一现象、过程或系统。
物理模拟的研究对象可以是风、水、泥沙流、土体、岩石等，通过物理模型将实验在实验室中进行，得到的数据可以反映实际工程中可能遇到的情况，从而在设计和施工中进行参考和优化。
二、透水性试验透水性是指水在岩土或土壤中的渗流性能。
透水性试验可以反映岩体中的裂隙状况及其性质，为岩土工程中的防水研究提供科学依据。
在物理模拟中，可以利用饱和压缩试验及饱和透水试验来模拟实际岩土体情况。
通过模拟试验，可以确定不同裂隙状态下的岩土体透水性及其影响因素。
同时，透水性试验的结果也可以用于预估地下水位的变化情况，进而指导防渗治理的实施。
三、固结沉降试验固结沉降是岩土工程对土体或矿体进行开采或覆盖压实时所引起的沉降现象。
固结沉降试验的目的是对固结沉降过程进行模拟研究以评估其对地基工程的影响。
通过固结沉降试验所得到的数据，可以预测和控制地基沉降、地面沉降以及地层升降等问题。
对于地下工程开挖和修建，通过物理模拟得到固结沉降数据可以为设计提供科学依据。
四、地震模拟地震模拟试验一般指利用模拟设备进行地震振动模拟实验。
在岩土工程中，地震模拟试验可用于研究地震波在各种地形或地质体中传播和改变的规律及其对岩土体的破坏影响。
物理模拟试件可以是岩石试件、土样模型及建筑结构模型。
利用地震模拟试验，可以了解地震波在岩石和土壤体中传播和反射的特点，并对相关工程保护措施做出科学决策。
岩石力学真三轴虚拟仿真平台搭建与实验教学应用
实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第4期 2021年4月Experimental Technology and Management Vol.38 No.4 Apr. 2021收稿日期: 2020-06-23基金项目: 国家自然科学基金项目（51674061）作者简介: 王强（1989—），男，吉林辽源，硕士，中级实验师，主要从事岩石力学方面的教学与科研工作，wangqiangzitu@ 。
引文格式: 王强，杨成祥，陈天宇，等. 岩石力学真三轴虚拟仿真平台搭建与实验教学应用[J]. 实验技术与管理, 2021, 38(4): 146-149.Cite this article: WANG Q, YANG C X, CHEN T Y, et al. Construction of real triaxial virtual simulation platform of rock mechanics and its application in experiment teaching[J]. Experimental Technology and Management, 2021, 38(4): 146-149. (in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.04.030岩石力学真三轴虚拟仿真平台搭建与实验教学应用王 强1,2，杨成祥1,2，陈天宇1,2，田 军1,2（1. 东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，辽宁 沈阳 110819；2. 东北大学 资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819）摘 要：随着岩石力学教学不断发展进步，应用真三轴实验设备进行教学具有局限性，该文建立了虚拟仿真实验教学平台，并利用该平台进行真三轴实验教学，达到了良好的教学效果。
该虚拟仿真实验由教师提供实验技术要求，搭建可视化虚拟仿真用户界面，使学生深刻理解硬岩真三轴加载系统的性能参数、岩石试件真三轴应力-应变曲线测试过程以及声发射微观监测技术在岩石力学真三轴实验中的应用。
某地双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究
某地双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究摘要：在本文中，将就某地双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型进行一定的试验与研究。
关键词：双曲拱坝；整体稳定；三维地质力学模型；1 引言地质力学模型又称为岩石力学模型或者地力学模型试验，通过该模型的建立，能够在对相关地区材料体积、容重进行模拟的基础上对其自重应力场进行反映。
在模型实现方面，则通过模型块体的应用对模型进行砌筑，而根据砌筑方式的不同，也能够对不同类型的地质构造进行模拟，并因这部分特征的存在使其能够更好的对不同类型、具有复杂特征的地质条件进行反映。
为了能够更好的对该方式进行阐述，在本文中，我们以某地区拦河坝为例对其模拟方式进行一定的研究。
2 工程概况某地区拦河坝为双曲拱坝类型，其坝底高程为224m，坝顶高程为332m，最大坝高为117m。
地理位置方面，该水坝位于我国南部某河谷，该河谷整体呈现V 字形，两岸具有着地形对称的特点，且两岸基岩的裸露现象较为严重。
在该区域，第四系坡积物再摇在较为平缓的位置分布，且右侧同左侧相比较多，沟中常年具有流水现象。
在本次模拟工作中，主要是对基础岩体、断层以及坝体等进行模拟，并通过模型研究的方式对该水坝正常水位情况下坝肩以及拱坝所具有的破坏机理以及变形规律进行了解，在此基础上对基础超载安全特征进行更为准确的评价。
3 模型设计3.1 模拟比尺在联系实际情况以及模拟要求的基础上，我们确定本次模型同水坝实际尺寸的比例为1：125。
其中，我们将拱坝中心线同拱坝轴线两者相交位置作为模型建设的原点，在将中心线作为基准线的基础上对其范围进行模拟：上游边界方面，其同坝面间的距离为54m，下游边界方面，其同坝面间的距离则为290m。
而从坝肩开始计算，该模型在左边界方面模拟105m，在右边界模拟了115m，而水坝两岸的山体模拟高程为380m，整体模型参数为3*4*2.2m。
3.2 相似准则根据地质力学相似理论，在对该模型建立时，需要其能够对以下关系式进行良好的满足：从上图我们可以看到：第一，在坝体超载到2P0前，整个坝体处在一个弹性的变形阶段，在到该阶段之后，整个位移曲线在斜率方面则发生了较大的变化，这种特征即说明该坝体进入到了非线性变形阶段。
多功能岩石力学实验系统研制及教学应用探讨
多功能岩石力学实验系统研制及教学应用探讨 张晓君 【摘 要】针对岩石力学实验教学中压缩实验项目较为单一的问题,研制了多功能岩石力学实验系统,探讨了其在岩石力学压缩实验项目教学中的功能应用.结果表明,研制的实验系统可实现对围岩或岩石破裂演化的单轴压缩、双轴压缩、真三轴加载、真三轴加载后单面卸载、真三轴加载后多面卸载等实验项目,这对于采矿工程和土木工程专业实验教学和教师科研都是非常有意义的.
【期刊名称】《中国现代教育装备》 【年(卷),期】2017(000)011 【总页数】2页(P38-39) 【关键词】岩石力学;实验系统研制;双轴压缩;实验教学 【作 者】张晓君 【作者单位】山东理工大学资源与环境工程学院 山东淄博 255049 【正文语种】中 文 在采矿工程、土木工程、地下空间工程等专业人才培养课程体系中，岩石力学是重要的基础课程，在课程教学、学生室内实验以及教师科研中，均会涉及岩石力学实验[1-3]，在实验教学中岩石单轴压缩实验是必做实验项目，但很少涉及双轴压缩、三轴压缩等实验项目，甚至没有相关演示项目。 本校实验室现有电脑程控的电液伺服岩石刚性试验机(YAW-2000)，可进行单轴压缩、巴西劈裂、抗剪强度等实验，可分别采用力和位移控制方式，加载速率可任意调整，可获得岩石全应力应变曲线，实验室同时拥有电液伺服岩石刚性试验机(DW-2000)，该压力机可实现位移和压力双重控制，可逐级单轴施加压力载荷并可随时卸载，加载速率最低达到0.1 mm/s。现有试验机均只能完成单轴压缩相关实验项目，对于多轴压缩和卸载尚不能满足。 对围岩或岩石的物理力学特性及破裂演化机理的学习、研究及室内试验的测试与分析，依靠比较单一的单轴压缩实验不能很好地揭示其物理力学特性、破裂演化机理，也不符合工程实际情况，需研制更为符合工程实际和满足实验教学的多功能岩石力学实验系统。 因此本文就上述不利于实验教学和科研的问题，研制了多功能岩石力学实验系统并探讨了其在岩石力学压缩实验项目中的功能应用问题，这对于采矿工程、土木工程、地下空间工程等专业的实验教学和教师科研都是非常有意义的。 为了实现多轴加载和功能多样化，首先研制了双轴加载系统(如图1所示)，该加载系统由3个油缸构成，每个油缸最大载荷500 KN，配套伺服控制系统，可实现定载荷、逐级加载和卸载，加工配套的支撑反力架和适合视频采集的观察口，为了实现对岩石试样的加载，加工了配套的加载垫板，该双轴加载系统可实现对岩石试样水平两个方向的加载和卸载。 在双轴加载系统的基础上结合实验室已有的电液伺服岩石刚性试验机(DW-2000)，实现对岩石试样在垂直方向的加载和卸载，配套相应小车便于双轴加载系统的搬运安装， 通过对两大仪器系统组合后的调试安装，研究和设计开发出了可实现对岩石试样六面加载并可实现单面或多面卸载的多功能岩石力学实验系统，配上数码摄像机，通过观察口，可实现对岩石试样受载全过程的视频图像采集功能，配上非金属声波检测系统或声发射监测系统可实现对试样加卸载全过程的声波、声发射监测，配上锚杆无损检测系统可实现对硬岩锚固试样加卸载全过程的锚固质量及破裂演化监测等。 加工100 mm×100 mm×95 mm的长方体花岗岩试样(如图2所示)，在多功能岩石力学实验系统上开展了单面约束情况下的双轴压缩试验，X水平向施加10 MPa载荷，Y水平向单面(一侧)约束，单面自由，垂直向逐级施加压力载荷直到试样破坏，由试验得到的破坏形式、现象与已发生的山东玲珑金矿巷道岩爆、锦屏水电站隧洞岩爆等一系列岩爆现象是一致的，说明本系统是可靠的和满足要求的，这也是传统仪器难以达到的效果。 根据实验目的不同，该多功能岩石力学实验系统还可进行如下实验。 (1)不使用双轴加载系统，开展硬岩或相似材料模拟试样的单轴压缩相关实验。 (2)固定水平向加载载荷，逐级施加垂直向载荷直至试样破坏，开展岩石真三轴加载破坏实验。 (3)固定水平向加载载荷，逐级施加垂直向载荷到一定值，然后卸载水平向某一或两个面的载荷，开展真三轴加卸载实验。 (4)施加一个水平向加载载荷，逐级施加垂直向载荷直至试样破坏，开展双轴加载破坏实验。 (5)粘贴应变片、配套摄像机、非金属声波检测系统、锚杆无损检测系统和声发射监测系统等，可实现对岩石试样破裂演化的监测实验。 以上所列实验项目只是一部分，通过该系统还可以针对教学目的不同进一步开发相关实验项目用于有关专业的实验教学中，该系统的实现将极大提高现有教育装备的水平，也更有利于丰富学生实验项目和教师科研，利用该系统可方便实现对围岩或岩石破裂演化机理的研究，得出更为符合实际的结果，这将深化学生对围岩或岩石的破裂演化机理的学习，加深其对岩石力学理论知识的理解，开阔其视野，也为教师提供了针对该领域探索研究的新实验系统。 针对岩石力学实验教学中压缩实验项目较为单一的问题，研制了多功能岩石力学实验系统，探讨了其在岩石力学压缩实验项目教学中的功能应用，结果表明，研制的实验系统可实现对围岩或岩石破裂演化的单轴压缩、双轴压缩、真三轴加载、真三轴加载后单面卸载、真三轴加载后多面卸载实验项目，这对于采矿工程、土木工程和地下空间工程等专业实验教学和教师科研都是非常有意义的。
艾姆氏试验的原理及应用
艾姆氏试验的原理及应用1. 艾姆氏试验的原理艾姆氏试验是通过观察物体受到剪切力时的变形情况来研究物体的力学性质的实验。
它利用在试样上施加一个与其截面垂直的剪切应力，观察试样产生的剪切变形，从而得到物体的力学性质参数。
艾姆氏试验的原理基于固体力学中的剪切变形理论。
当试样受到剪切应力时，试样内部的分子或原子之间的相对位置发生变化，从而引起试样的剪切变形。
根据剪切力和试样的几何形状及材料性质，可以计算出试样的剪切应力和剪切变形，从而得到设定的力学性质参数。
2. 艾姆氏试验的应用2.1 材料力学研究艾姆氏试验在材料力学研究中被广泛应用。
通过测量试样在剪切应力下的变形情况，可以详细了解材料的剪切性能和抗剪切能力。
通过对不同材料的剪切试验比较，可以评估不同材料在受到剪切应力时的强度和稳定性。
这对于材料的选择和设计具有重要意义。
2.2 地质工程研究在地质工程领域中，艾姆氏试验被用于研究和评估地下岩石、土壤和岩土体的力学性质。
通过对试样进行剪切试验，可以获得地质体在受到外力作用时的变形特性和承载能力。
这对于构建地质模型、预测地质灾害和设计工程结构具有重要作用。
2.3 断裂力学研究艾姆氏试验也被广泛应用于断裂力学研究中。
通过在试样上施加剪切应力，可以模拟材料或结构在受到剪切力破坏时的变形和断裂过程。
通过研究试样的断裂韧性和剪切力的关系，可以评估材料或结构的抗剪切能力和破坏机制，从而指导工程设计和材料选用。
3. 艾姆氏试验的操作步骤进行艾姆氏试验时，需要按照以下步骤进行：1.准备试样：选择适当的试样，根据试验的要求进行准备，如切割、加工等。
2.安装试样：将试样固定在试验设备上，确保试样与设备的连接牢固，并保持试样的几何形状稳定。
3.施加剪切应力：根据试验要求，在试样上施加剪切应力，可以通过液压、机械等方式实现。
4.测量变形：测量试样在剪切应力下的变形情况，可以使用应变计等测量设备进行监测。
5.记录数据：记录试验过程中的相关数据，包括剪切力、变形量等参数。
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1 引
言
［ 1］
论 和数 学模 型提 供重要 依据
［ 24］
.
目 前， 理 论研 究 , 相似模 型研 究和 数值 模拟 计算 是 自 然科 学研 究的 3 种 主要 手段 . 相 似模 拟试 验是 真 实 的物 理实 体， 在 基本 满足 相似 原理 的条 件下 ， 它能 更 开 挖施 工过 程的 影响 ， 并可 给出 更为 直观 的试 验结果 ， 更 容易 全面 掌握 岩体 工 程 的 整体 受 力 特 征 , 变形趋势 以 及稳 定性 等特 点 . 大 量 的 试验 结 果 证 明， 相似模拟 试 验方 法是 研 究 隧 道 工 程 问 题 的 一 种 行 之 有 效 的 方 法 . 地 质力 学模 型试验 台的 应用 可以 分析 隧道 建设 中 围 岩, 衬 砌结 构的 受 力 和变 形 问 题 ， 能 全 面, 直观地反 映 隧道 建设 过 程 中 围 岩 支 护 体 系 各 方 面 的 变 化 和 影
( 1. 浙江 科技学 院， 浙江 杭 州 3100 23; 2. 浙江 龙游竞 远机 械设 备有 限公 司， 浙江 金华 32440 0) 要 : 基于 开展 岩土 工程 学科 教学 和科研 的试 验要 求 ， 研制 了地 质力 学模 型试验 台 . 该试 验台 采用 了
摘
微 机电 液伺 服控制 , 多 油缸 均布 加载 技术 ， 具有 整体 刚度 好 , 受 载均 匀 , 控制 稳定等 特点 . 介 绍了 与之 配 套 的试 验关 键技术 和在 隧道 围岩 稳定 性研 究方 面的 应用 情况 ， 表明 模型 试验 台功 能能 够满 足试 验要 求 . 关 键词 : 地质 力学 ; 模型试 验台 ; 关键 技术 中 图分 类号 : P 5 5 4 文 献标 识码 : A 167( 2010 ) 0 3 - 00 14 - 03 文 章编 号 : 1006 - 7
D
A
1 1
� � � D ON G C ， QU C ， YA N G J ， SH A O W -
( 1 .Z he j i an g U n i v er si t y ofSc i e nc e an d Te c hn ol ogy ， H an gzhou 3100 23 ， C hi n a; 2 .Z hej i an g Lon gyou Ji n gyuan M e c han i c al Eq ui p m en tC o.Lt d.， Ji n hua 32 4400 ， C hi n a) A : A c c or di ng t o t he e xp e r i me n t alr e q ui r e me n tof geot ec hn i c alen gi n ee r i ng t e ac hi n g an d r ese ar c h， t he geome -
第 29 卷 第 3 期 2010 年 3 月
实
验
室
研
究
与
探
索
V ol .29 N o.3 M ar . 2010
R ESEA RC H A N D EXPLO R A TIO N IN LA B O R A TO R Y
地 质 力 学 模 型试 验 台 的 研 制 与 应 用
1 董昌周 ， 曲 1 1 2 晨 ， 杨建辉 ， 邵卫平
2 试验台总体设计与 关键技术
地质力 学模型试 验台采用 钢质框架 结构 ( 见 图 1) ， 由上 横 梁 , 移动横梁, 底梁及两侧的竖梁组成， 模 2 00 0 m m . 上 横梁 装有 手 拉 葫芦 ， 用 于升 降 移 动 横 梁 及 前后 两侧 的槽 钢 . 移 动 横 梁 , 底 梁 及左 右 竖 梁 构 成 一 个封 闭的受 力 框 架 . 移 动 横 梁上 配 置 11 个 垂 向 伺 服 油缸 ， 左 右 竖 梁 上 各配 置 6 个 水 平 伺 服 油 缸， 共 23 个 伺服 加载 油缸 . 垂 向 伺 服 油缸 全 部 工 作 时 ， 总荷载 600 kN ; 水平 油缸全 部工 作时 ， 总 荷载 400 kN . 本 机的 液压 系统 采用共 用油 箱的 独立 双路 液压 系
� � 型 内净 空 尺寸 ( 长 宽 高 ) 为 4 0 00 m m 40 m m 真 实地� 反映� 岩体 和工 程 结 构 空间 关系， 更 准确地模拟
统， 垂向 和水 平方 向各 有单 独的 油泵 及控 制阀 ， 可按 不 响， 发现 一些 新的 力学 现象 和规 律 ， 为 建立 新的 计算 理 � 同 的试 验要 求各 关启 1 4 组伺 服 油 缸 . 油 箱 采 用 大
c han i c s m ode lt e st -be d w as m ade. I t used el ec t r ohydr aul i c se r v oc on t r ol l ed syst em an d m ul t i pl e ac t uat or st or e al i ze un i f or m l oadi n g，an d i t sc har ac t er i st i c s ar e hi gh st i f f n ess， un i f or m l oadi n g， st abl ec on t r ol . I n addi t i on ，ot herr e l ev an t exp e r i me nt al key t ec hn i q ue s an d ap p l i c at i on on t un n e lst abi l i t y m odel t est s r ese ar c h we r ei nt r oduc e d，w hi c h i n di c at es t hat t he m odel t est bed c an m ee tt he t est dem an ds. K : ge o-m ec han i c s ; m odelt est be d; key t ec hn ol ogy