第1章 绪论

1.1 地质力学模型试验的意义

1.1.1 地质力学模型试验

地质力学模型试验是基于一定的相似原理对特定的工程结构及赋存的地质环境进行缩尺研究的一种物理模拟方法[1][2]。地质力学模型试验的研究对象是工程结构与周围的地质构造组成的统一的整体，主要目的是研究岩土工程结构在外荷载作用下的位移、应力、破坏过程和安全度等，以及结构和周围地质环境的相互作用、相互影响，为工程结构的加固处理提供依据，以保障结构的安全运行。

1.1.2 工程背景

目前，我国正在兴建或者已经完工的高拱坝大部分位于西南地区，如表1.1所示。该地区地形、地质条件复杂，河谷陡峻，断层发育，地震与地质灾害频发，使得高拱坝无论是设计、施工都存在很大的困难，其中的许多细节，都要进行深入的论证、研究，才能保证高拱坝工程的安全稳定。而我国现行的拱坝设计规范和水工设计手册，对于200m以上的高拱坝，均没有明确的规定[3-5]。

表1.1 我国已建、新建和设计中的部分200m以上高拱坝

另外，在高拱坝工程建设中，伴随着高边坡和地下洞室的开挖，这些工程的稳定性也亟待关注。

1.1.3 地质力学模型试验的必要性

尽管随着计算机技术的飞速发展，大规模的三维数值模拟已经广泛应用到高拱坝、地下洞室等工程的整体稳定分析中，但是，由于数值方法本身的局限性，难以对拱坝开裂、岩体破坏等过程进行追踪仿真分析。同时，对地质构造中的节理、裂隙等，数值方法也难以进行有效模拟。地质力学模型试验能够弥补数值方法的不足，可以反映结构和地质构造的空间关系；既能对结构进行精确模拟，又能对节理、断层等地质构造进行近似模拟。对于大坝等结构的破坏全过程，能够直观地进行展现。从而使研究者更容易从整体上把握工程的整体稳定和变形趋势，掌握高拱坝及基础的薄弱环节，从而对坝型及基础的加固处理措施的设计做出相应的优化。

随着国内外高拱坝建设高度的不断增加，基础的稳定安全问题也日益突出。其涉及的问题不仅仅是复杂程度的增加，还涉及常规设计原则、方法及判据的实质性改进。这就需要从地质力学模型试验的角度，对数值模拟结果进行验证和分析。尤其是高拱坝整体作用机理方面，地质力学模型试验更是起着举足轻重的作用。因此，在当前我国高拱坝建设高潮时期，结合在建或者设计中的实际高拱坝工程，开展相应的地质力学模型试验研究，对于保障高拱坝的稳定及长期安全运行具有重要的科学及工程应用价值。