工程地質力學模擬

工程地質力學模擬的要點是在模型中充分反映工程巖體結構，在試驗中注意考察巖體結構的應力狀態、變形和破壞過程。

工程地質力學模型試驗屬於相似模擬試驗範疇，就應以相似理論作為試驗的理論基礎。相似理論有三條基本定理。即：

第一定理：相似現象的基本性質是兩現象相似的必要條件；

第二定理：相似判據是從每一個相似判據的具體形成中獲得依據；

第三定理：單值條件相似，單值量判據相等，是相似的必要和充分條件。

如上所述，工程地質力學模擬試驗要完全遵循相似理論的基本原理是相當困難的，在某些情況下並不一定苟求滿足全部的相似條件，而只需滿足其主要方面，以適應機制研究的需要。通過實踐，建立了滿足工程地質力學模擬試驗的基本法則：

1．在一定(或基本)相似條件下，側重機制的試驗研究；

2．所謂一定的相似條件，主要指巖體的容重、彈性性能、強度以及結構面的C、φ。因此，相似材料的研究十分重要。

3．儘可能建立較大的實驗模型，確立較大的可以實現的相似比。在總的相似比前提下，制定方案，確定材料，有時，亦可根據工程規模和已有的模型架尺寸，確定相應的相似比；

4．要根據工程地質模型的要求，確定模擬的重點因素。巖組、基本結構包括斷層以及環境因素（如地下水、地應力）應是模擬的基本重點要素；它們模型應遵循符合客觀實際的原則。如要簡化的，則必須合理；

5．為了掌握模型重要部位的應力和位移，必須按工程和關鍵部位確立測點；

6．按工程性質，如邊坡工程是逐次開挖形成的，那麼模擬試驗時，應採用分步開挖的模擬採掘方法；

7．關於邊界條件的定位。以坡高與境界外寬度之比為3：1為宜；

8．一旦開始試驗，就一氣哈成。關注全過程，重視各因素的具體表現。從中儘可能獲得相關信息，以利於分析與認識。

總之，工程地質力學模擬試驗力求達到求實、求真與掌握全過程。 ^[1] 

工程地質力學模擬常用的有光彈法和相似模擬法。

利用某些透明材料（如環氧樹脂等）在受力變形時產生光學各向異性的特點，根據偏振方向不同的光線的光程差確定主應力差值；利用同色條紋圖像，可得到模型中的應力狀態和分佈。光彈法在地質力學模擬中的進展是模擬裂隙的應力狀態及巖體的不連續應力分佈。光彈法多用於研究軟硬雙層或多層巖體結構中，軟層的塑性流動對硬層塊體穩定的影響。

是以相似材料或相似結構進行巖體的工程地質力學模擬方法。按試驗目的，分為機制模擬和設計模擬。工程地質力學模擬偏重於機制模擬，在模擬過程中保持主要參數的相似，而不追求全部參數的相似，側重研究巖體失穩的主要因素以及變形、破壞機制和方式。

相似模擬試驗方法主要是應用一定配比的人工材料，按相似律及幾何相似原理，製成一定比例尺的模型，然後對模型施以模擬實際情況的附加荷載或對模型進行開挖，觀察模型的應力、應變、位移和破壞，據此推定現場巖體的應力、變形和破壞情況。在隧洞及地下工程巖體模擬中，常採用雙向或三向荷載裝置，以模擬洞室的平面應力和平面應變狀態。在邊坡巖體模擬中常採用立式模型架，主要採用重材料，如重晶石粉、鋼砂等製作模型，模擬自重力的動力過程。有時採用底面摩擦法，有效地模擬體積力，進行邊坡和洞室的模擬，觀察變形發展階段的狀況。

工程地質力學模擬的發展趨勢是與計算分析、原位觀測相結合，更顯示它特有的直觀性。