一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，包括以下步骤：S1.制备不同升温降强相似材料；S2.对所述升温降强相似材料进行升温降强剪切试验，求得所述升温降强相似材料的升温降强曲线的解析表达式；S3.使用地质力学模型材料模拟坝基，使用所述升温降强相似材料模拟各软弱结构面；S4.在若干所述升温降强相似材料中布置升温系统和温度控制系统；S5.通过对若干所述升温降强相似材料升温的不同，获得所述模型在不同区域的降强幅度。本发明专利技术达到了进行大范围和高降强幅度试验的效果。

A Method for Simulating the Strength Weakening of Near Horizontal Weak Structural Plane of Dam Foundation

【技术实现步骤摘要】
一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法
本专利技术涉及地质信息获取领域，具体是一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法。
技术介绍
地质力学模型试验有三种破坏试验方法，即超载法、降强法(强度储备法)和综合法。其中，综合法将超载法和降强法结合于一体，其既考虑到工程上可能遇到的突发洪水，又考虑到工程长期运行中岩体及软弱结构面的力学参数在库水作用下逐步降低的可能，获取影响大坝稳定性的多种因素，因此更为符合工程实际。但是在模型试验中综合法的实现必须以超载法和降强法的实现为前提，其中超载法通过逐步增大上游水荷载来进行试验，在模型中容易实现；因此，实现综合法的关键是在同一个模型中实现材料参数逐步降低的降强法。然而，传统模型材料的共同特征是一旦配制好后，其材料力学参数就固定不变，因而不能模拟岩石及软弱结构面力学性能降低的现象；若要实现降强法试验，则只能用一个材料参数对应一个模型，导致试验的工作量大、投资高和周期长，同时也不能保证试验精度，因此难以满足试验研究的要求。中国专利文献CN201610016604.4，申请日20160108，专利名称为：可模拟软弱层面的地质温敏材料及其制作方法、温控系统，公开了一种可模拟软弱层面的地质力学温敏材料及其制作方法、温控系统。所述材料包括按重量份计的以下组分：重晶石粉45-55份，水泥1.8-2.5份，水1-4份，46号废液压油1-5份，石蜡2-6份，橡胶粉0.5-2份。制作所述材料的方法为将重晶石粉、橡胶粉和水泥搅拌均匀，将石蜡、46号废液压油和水加入物料，搅拌均匀，并成型。所述的材料进行温控实验所用到的温控系统，所述系统包括碳纤维加热线、高精度温控器、免破线T型接线端子、第一组导线、空气开关和电源，多组所述碳纤维加热线置于所述可模拟软弱层面的地质力学温敏材料内并通过并联的方式连接在第一组导线上。上述专利文献通过所述地质温敏材料和温控系统模拟了软弱层面的力学测试，但是从变温曲线来看，所述地质温敏材料在温度超过40℃后，其抗剪强度不能继续降低。因此，需要一种抗剪强度的降低幅度值超过50％的材料和与之配合的降强方法，以获取大范围的、高降强幅度的试验结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，以达到能够进行大范围和高降强幅度试验的效果。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，包括以下步骤：S1.根据断层结构面和软弱夹层的不同制备若干不同的升温降强相似材料，所述升温降强相似材料的组分包括铜金属箔、油脂、高分子材料小白球和薄膜；S2.对若干所述升温降强相似材料进行升温降强剪切试验，获得若干所述升温降强相似材料的升温降强曲线，并求得若干所述升温降强曲线的解析表达式；S3.使用地质力学模型材料模拟坝基，使用若干所述升温降强相似材料模拟各软弱结构面；S4.在若干所述升温降强相似材料中布置升温系统和温度控制系统；S5通过所述升温系统和温度控制系统对若干所述升温降强相似材料升温的不同，获得不同的降强幅度。通过上述技术方案，在试验过程中通过升温的办法改变接触面的摩擦形式，使其抗剪强度τ(f,c)逐步降低，从而用热效应来产生力学效应的变化，达到了逐步降低材料力学参数的效果。优选的，S1中，所述升温降强相似材料的制作方法为首先在所述铜金属箔上涂抹一层油脂，接着在所述油脂上均匀粘贴一层所述高分子材料小白球，最后覆盖所述薄膜，即可得到所述升温降强相似材料。通过上述技术方案，铜金属箔的作用除了用来模拟软弱结构面外，还能够使整个软弱结构面上受热均匀，使整个结构面具有近似相同的降强幅度；另外，铜金属箔的面积较大，可以达到使温度更集中和增大材料的降强幅度的效果。优选的，S1中，所述铜金属箔的厚度为0.8～1mm；所述油脂为锂基润滑油；所述高分子材料小白球为离子交换树脂中的聚合物微球，所述聚合物微球是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料；所述薄膜包括但不限于聚四氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、蜡纸。通过上述技术方案，所述油脂可快速升温熔化，与颗粒状高分子材料组合，从而通过滑动摩擦与滚动摩擦相结合与转化的方法来改变夹层的抗剪强度；所述薄膜可以调整摩擦系数；达到了模拟所述软弱结构面的摩擦特性的效果。优选的，所述软弱结构面的倾斜角度不大于30°。优选的，所述方法还包括砌筑模型时，在平面和立面上分别进行分区，得到若干试验区域，若干所述试验区域均采用所述升温降强相似材料填充，若干所述试验区域间隔设置，避免出现短路现象。通过上述技术方案，在砌筑模型时考虑了地质结构变化的不同情况，通过在所述平面和立面上进行分区，达到了充分模拟坝基中软弱结构出现的强度弱化行为的效果。优选的，在砌筑模型时，首先根据同一个断层中各区域强度参数的不同进行分区，然后根据强度参数相同的部分中各区域强度参数的弱化率不同进一步分区，得到若干试验区域。通过上述技术方案，充分考虑了同一个断层中各区域强度参数的不同和强度参数相同的区域中各部分强度参数的弱化率不同，使得分区以后的所述模型更加符合实际，达到了使试验结果更加准确的效果。优选的，若干所述试验区域的高度范围为10～50cm，若干所述试验区域的面积范围为100～5000cm2。通过上述技术方案，由于所述试验区域的范围越小，所述电阻丝的布置难度越大，而所述试验区域的范围越大，升温降强所需的时间就越长，因此控制所述试验区域的范围，可以将布置所述升温系统和温度控制系统的难度以及降强试验持续的时间控制在合理范围，达到了保持布置难度和试验效率之间的平衡关系的效果。优选的，S4中，所述升温系统包括电阻丝和调压器，所述电阻丝和调压器连接，所述电阻丝与所述升温降强相似材料的表面(金属铜箔)直接接触，所述调压器位于所述模型的外部；所述温度控制系统包括温度巡回检测器和热电偶，所述温度巡回检测器和热电偶连接，所述温度巡回检测器位于所述模型的外部，所述热电偶埋设在所述升温降强相似材料中，所述热电偶与所述电阻丝分隔设置。通过上述技术方案，所述升温系统和温度控制系统通电后，所述电阻丝受热升温并将热量传递给所述升温降强相似材料，使接触面间的摩擦形势发生变化，从而在试验过程中改变所述升温降强相似材料的抗剪强度；此时，所述升温系统和温度控制系统对试验过程共同控制，达到了对升温的速率和温度的高低进行精准控制的效果。优选的，所述电阻丝在埋设之前需要先对其进行通电加热，最后使其自然冷却。通过上述技术方案，对所述电阻丝进行预处理，达到了防止其在埋设过程中的断裂和是拉伸更加容易进行的效果。优选的，S5中，通过所述升温降强曲线的解析表达式判断温度和强度的变化关系，确定对不同的所述升温降强相似材料的温度提升的数值。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，在试验过程中通过升温的办法改变接触面的摩擦形式，使其抗剪强度τ(f,c)逐步降低，从而用热效应来产生力学效应的变化，达到了逐步降低材料力学参数的效果。2.本专利技术的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，利用铜金属箔来模拟软弱结构面外，能够使整个软弱结构面上受热均匀，使整个结构面具有近似相同的降强幅度；另外，铜金属箔的面积较大，可以达到使温度更集中和增大材料的降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.根据断层结构面和软弱夹层的不同制备若干不同的升温降强相似材料，所述升温降强相似材料的组分包括铜金属箔、油脂、高分子材料小白球和薄膜；S2.对若干所述升温降强相似材料进行升温降强剪切试验，获得若干所述升温降强相似材料的升温降强曲线，并求得若干所述升温降强曲线的解析表达式；S3.使用地质力学模型材料模拟坝基，使用若干所述升温降强相似材料模拟各软弱结构面；S4.在若干所述升温降强相似材料中布置升温系统和温度控制系统；S5通过所述升温系统和温度控制系统对若干所述升温降强相似材料升温的不同，获得不同的降强幅度。

【技术特征摘要】
1.一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.根据断层结构面和软弱夹层的不同制备若干不同的升温降强相似材料，所述升温降强相似材料的组分包括铜金属箔、油脂、高分子材料小白球和薄膜；S2.对若干所述升温降强相似材料进行升温降强剪切试验，获得若干所述升温降强相似材料的升温降强曲线，并求得若干所述升温降强曲线的解析表达式；S3.使用地质力学模型材料模拟坝基，使用若干所述升温降强相似材料模拟各软弱结构面；S4.在若干所述升温降强相似材料中布置升温系统和温度控制系统；S5通过所述升温系统和温度控制系统对若干所述升温降强相似材料升温的不同，获得不同的降强幅度。2.根据权利要求1所述的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，其特征在于：S1中，所述升温降强相似材料的制作方法为首先在所述铜金属箔上涂抹一层油脂，接着在所述油脂上均匀粘贴一层所述高分子材料小白球，最后覆盖所述薄膜，即可得到所述升温降强相似材料。3.根据权利要求1所述的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，其特征在于：S1中，所述铜金属箔的厚度为0.8～1mm；所述油脂为锂基润滑油；所述高分子材料小白球为离子交换树脂中的聚合物微球，所述聚合物微球是一类带有可离子化基团的三维网状高分子材料；所述薄膜包括但不限于聚四氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、蜡纸。4.根据权利要求1所述的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度弱化的方法，其特征在于：所述软弱结构面的倾斜角度不大于30°。5.根据权利要求1所述的一种模拟坝基近水平软弱结构面强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宝全，陈媛，陈建叶，董建华，张林，胡成秋，李朝国，罗敏，刘子安，张芮瑜，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51