附加温度场对地质力学模型综合法试验的影响程度研究

Geo-mechanical model comprehensive method test is the combination of overloading and strength reserve. In the test, a kind of model material – temperature analogous material whose mechanics parameter may be reducted is used. By heating the material to decrease the strength, the simulation of weakening behaviour of mechanical parameter is realized. Limited to the property of model material,expansion on heating and contraction on cooling, temperature field will be produced in the model while the model material is dealt by heating and strength-decreased treatment method. And how much influence on the result of the geo-mechanical model test caused by additonal temperature field will be produced, which relates to the reliability of test result. It is also the key issue should be resolved urgently to the test used the temperature analogous material. The influence behaviour for model test which come from additional temperature will be intensively researched in the project, with the theoretical analysis, physical model experiment method and numerical simulation. Then the feature of additional temperature stress generated by additional temperature field, the influence of surface displacement for model, the effect on measurement system used to measure relative displacement of structure plane, and the effect to model global stability safety degree will be obtained, and the corresponding measure is proposed to subtract the influence of additional temperature field. Apply the research achievement into the practice engineering project, which can make the achievement of Geo-mechanical model test reflect the practice engineering situation more realistically and can make an more reasonable assessment to the engineering global stability safety.

地质力学模型综合法试验是将超载与强度储备相结合的一种试验方法，试验采用一种可降低材料力学参数的模型材料——变温相似材料，通过对此类模型材料采取升温降强处理措施，实现了对材料力学参数弱化行为的模拟。但在升温降强的同时，受限于模型材料的热胀冷缩性质，模型内部将产生温度场，由此带来的附加温度场对地质力学模型试验结果会产生多大的影响？这关系到试验成果的可靠性，是采用变温相似材料进行试验急需解决的关键问题。本课题将采用理论分析、物理模型试验和数值模拟的方法，对附加温度场对试验成果影响行为开展深入研究，可以获得附加温度场产生的附加温度应力特性、对模型表面位移的影响、对结构面相对位移测试系统的影响、对模型整体稳定安全度的影响等，并提出减少附加温度场影响的主要措施。将研究成果应用于实际工程课题，使地质力学模型试验成果能更真实反映工程实际情况，对工程的整体稳定安全性做出更加合理的评价。

地质力学模型试验综合法是降强法与超载法的结合，能反映多种因素对工程稳定安全性的影响。变温相似材料的成功研制及应用，一方面实现了降强法与超载法相结合的综合法，而另一方面，材料在升高温度降低力学参数的同时，在模型内部将产生附加温度场。为研究附加温度场对模型综合法试验成果的影响，本 项目在前期研究工作的基础上，对地质力学模型综合法试验开展了基础问题研究。取得的主要成果包括：（1）利用最小二乘法原理，从理论上拟合了变温相似材料的抗剪断强度 与温度T之间的关系曲线。（2）典型工程模型材料热力学特性试验研究表明：不同模型材料的热力学参数不同，同种材料在不同温度条件下热力学参数也存在差异，模型材料的导热系数大小在0.385~0.563（W/(m·K)）之间，比热容在422~612（J /( kg.℃)）之间，热膨胀系数在3.33×10-5~6.67×10-5(1/℃)之间。（3）以锦屏一级高拱坝三维地质力学模型为计算分析对象，采用热-结构耦合方法进行了计入附加温度场和不计入附加温度场的非线性有限元计算，结果表明：主要结构面均能达到预设温度，满足结构面降强要求；升温过程中对周围岩体的温度影响范围在结构面附近0.2m左右；两方案的应力相对变化百分比约为-8.7%~0.57%，位移相对变化百分比约为-16.54%~11.45%，综合稳定安全度Kc影响很小。由此可见，附加温度场对模型试验的成果影响较小。研究成果应用于后续的大藤峡闸坝工程的稳定安全性研究中。通过项目研究，达到进一步加深综合法试验的科学基础，完善试验评价体系的目标，并拓宽其工程应用领域。