理论得到模型破坏试验 主悪端S的羊赛.
式中，及分别为变模比、容重比、几何比、应力比及集中力比；Cy资分 别为泊松比比、应变比。
[0027] 地质力学模型试验属于非线性破坏试验，除必须满足结构模型试验的相似要求 外，它的一个特点就是必须模拟岩体自重，即$ 氣则有： (5) 并且对于岩体中及模型中各构造面或软弱夹层之间的纯摩系数f?及凝聚力c要求：
非均质坝基模型试验属于地质力学模型试验，岩石节理裂隙不同的连通率在模型中可 采取块体不同的砌合方式或部分粘合等措施实现。
[0028] 模型试验量测 试验量测的任务是通过模型试验获得所需的各种参量并将他们变为分析问题所依据 的数据、图表或曲线等，而量测技术则是为了实现这一目的而制定的合理方案和具体手段。 量测的物理量通常包括应力（实际上是量测应变)、荷载、位移、裂缝等。结构模型的量测系 统主要包括对结构物及其基础的应变量测和位移量测两部分。测点布置时，据结构物的重 要部位和试验的目的，在某些典型部位(如坝踵，坝肩，拱冠等)、变形较关注的部位(如断层 上下盘，蚀变带等）以及其他部位(如坝基面等)，选择相应的测点，通过数据分析和对比，找 出应力分布和破坏发展的规律。
[0029] (1)位移的量测 目前在模型试验中，用于表面位移量测的仪器较常见，而内部位移的量测工具在不同 的试验单位各有选择。结构模型试验中一般只进行表面位移量测，表面位移量测常采用由 数字显示仪和电感式位移计组成的自动测试装置以及电阻式位移计，对于精度要求不是很 高的试验也常用千分表、百分表等量测仪器。
[0030] (2)应变的量测--电阻应变片 从图5量测系统框图中，可以看出传感器是直接和被测对象发生关系的，其性能的好 坏直接影响量测结果的可靠程度及量测精度。
[0031] -个传感器分为非电量接受部分和机电交换部分。传感器并不将原始被测的非电 量直接变为电量E，而是最初被测的非电量作为传感器的输入量，先由非电量接受部分加以 接收，形成一个适合于变换的机械量，再由机电变换部分将机械量变换为电量E。因此，一个 传感器的性能，是综合了接受部分和变换部分的性能后，最终输出传感器的输出电量E的 性能。
[0032] 均质坝体(结构） 坝基岩体均质性是说岩体的性质处处相同，不以其所在位置的不同而有所改变，因此， 在试验中，均质材料坝基采用石膏模型模拟，因为石膏质地均匀，容易浇筑，且石膏的泊桑 比释为0. 2左右，接近混凝土岩石等材料的泊桑比，属于脆性材料。同时石膏的弹性模量E 随水膏比的不同而有较大的差异，大量的试验表明石膏的弹性模量E随水膏比的增大而减 小，可以在较大的范围内选择。
[0033] 均质坝基模型试验模拟某水电站枢纽的非溢流重力坝段，坝高72m，坝顶宽8m，坝 底宽60m，上游边坡系数n = 0,下游边坡系数m = 0.84,如图2所示。该重力坝坝基面高 程为470. 00m，坝上游设计水位为540. 00m,坝下游无水。坝体材料为混凝土，容重yp = 2. 40 t/m3,弹性模量为18. OGPa，泊松比为0. 2,坝体与地基弹模相近。坝体混凝土材料的 抗压强度为5MPa，抗拉强度为0.65MPa。根据相似原理准则，取大坝原型与模型的几何比 Q =180,模型弹模为2. 5GPa，坝基模拟深度为1倍坝高。
[0034]由于试验采用石膏试件模拟坝体15及坝基岩体，不能依靠模型材料的重量来模 拟坝体15自重，将坝体自重简化为集中力通过千斤顶来施加，并要求此集中力作用点必须 位于坝体重心上。试验所采用加载方式为超载法加载，这种方法假定坝基岩体的力学参数 不变，坝体在正常荷载组合作用的基础上，按一定的倍数增大水平荷载直至坝与地基整体 破坏失稳为止，具体步骤如下：（1)对模型进行预压试测，先施加竖向千斤顶模拟的加体积 力，再施加上正常工况下的上游水荷载，通过升压一一卸荷方式反复预压后，开始进行正式 试验。（2)对模型进行超载试验：在正常荷载的情况下采用单循环加载（q为正常工况下的 水压力），每次增加〇.2q，逐级递增直到坝基破坏失稳为止。（3)观测各级荷载下坝体和 坝基的变形破坏情况，每次升压20分钟后记录坝体应变及变位值，以供试验结束后分析研 究。
[0035] 实施例2 :内容与实施1基本相同，不同的是：在框架前侧与模拟坝体15正对的框 架上固定有水平导向套4并匹配安装有水平调节杆5及锁紧机构23。在水平调节杆5末端 安装有竖向支撑杆。
[0036] 在水平调节杆5上竖向固定有竖向导向套6并匹配安装有竖向调节杆7。在竖向 调节杆7末端安装有水平调节杆5。
[0037] 在各支撑杆的末端分别设置有压力传感器11及叉头13,与叉头13配合安装有支 撑块10,支撑块10设置有转轴12,转轴12匹配套装于叉头13中，支撑块10与模拟坝体15 表面贴合。
[0038] 实施例3 :内容与实施1基本相同，不同的是：所述叉头13的根部被安装于套管 内，压力传感器11套装于套管底部与插头根部之间。
[0039] 实施例4 :内容与实施1基本相同，不同的是：在模拟坝体15的两侧粘贴拉力传感 器片20。
【主权项】
1. 一种水工模型试验教学平台，包括框架和模拟坝体，以及主推动机构和压力传感器， 其特征是：在框架前侧与模拟坝体正对的框架上固定有水平导向套并匹配安装有水平调节 杆及锁紧机构；在水平调节杆上竖向固定有竖向导向套并匹配安装有竖向调节杆及锁紧 机构；在所述水平调节杆末端安装有竖向支撑杆或调节缸，在所述竖向调节杆末端安装有 水平调节杆或调节缸；在各支撑杆或调节杠的末端分别设置有压力传感器及叉头，与叉头 配合安装有支撑块，支撑块设置有转轴，转轴匹配套装于叉头中，支撑块与模拟坝体表面贴 合。2. 根据权利要求1所述的水工模型试验教学平台，其特征是：在模拟坝体正对的框架 上或者在水平调节杆上或者在竖向调节杆上，安装有水平支撑杆或调节缸，水平支撑杆或 调节缸的末端设置压力传感器和支撑块，支撑块与模拟坝体表面贴合。3. 根据权利要求1所述的水工模型试验教学平台，其特征是：在模拟坝体的两侧粘贴 拉力传感器片；或者，在所述框架的两侧设置侧面水平导向杆并套装侧面水平调节套及锁 紧机构，在侧面水平调节套上垂直固定有支撑杆或调节缸或伸缩套管，并在末端安装有发 散弹片，发散弹片的各支撑脚插入拉力传感器片的四角部位置。4. 根据权利要求3所述的水工模型试验教学平台，其特征是：所述叉头的根部被安装 于套管内，压力传感器套装于套管底部与插头根部之间。5. 根据权利要求3所述的水工模型试验教学平台，其特征是：所述侧面水平导向杆的 两端设置有调节框架，调节框架与框架体之间通过U型座连接，并设置锁紧机构。6. 根据权利要求1所述的水工模型试验教学平台，其特征是：在模拟坝体底部连接有 基底平台，基底平台与模拟坝体底部之间活动连接；基底与框架底部之间活动连接。7. 根据权利要求1所述的水工模型试验教学平台，其特征是：所述各压力传感器与控 制器输入端连接，控制器输出端与显示器连接，用于对比显示各压力传感器数值。8. 根据权利要求1所述的水工模型试验教学平台，其特征是：与各压力传感器并列设 置有位置传感器，控制器采集各压力传感器和位置传感器信号，通过图形显示位置形变量 和压力大小。
【专利摘要】本发明公开了一种水工模型试验教学平台，包括框架和模拟坝体，以及主推动机构和压力传感器，在框架前侧与模拟坝体正对的框架上固定有水平导向套并匹配安装有水平调节杆及锁紧机构；在水平调节杆上竖向固定有竖向导向套并匹配安装有竖向调节杆及锁紧机构；在所述水平调节杆末端安装有竖向支撑杆或调节缸，在所述竖向调节杆末端安装有水平调节杆或调节缸；在各支撑杆或调节杠的末端分别设置有压力传感器及叉头，与叉头配合安装有支撑块，支撑块设置有转轴，转轴匹配套装于叉头中，支撑块与模拟坝体表面贴合。本发明组装灵活方便、对模拟坝体的压力支撑点可以在三维方向上任意调整，能满足不同规模模型试验要求的用于教学演示，直观学习和了解三维地质力学模型试验，适合推广应用。
【IPC分类】G09B23/40
【公开号】CN105206157
【申请号】CN201510592907
【发明人】丁泽霖, 徐存东, 王婧, 吕素冰
【申请人】华北水利水电大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月17日