技術領域

本發明屬于地質力學模型技術領域，特別是提供了一種基于擊實功復合作用函數逆向控制原理的地質力學模型制作方法，試驗模型制作中的保證材料容重均勻一致性的逆向控制原理及實現該原理而設計的制作技術，可應用于各種巖土工程相似模型試驗中。

技術背景

地質力學模型試驗，是一種從力學理論出發，根據一定的相似原理，采用試驗的手段研究特定工程地質條件對工程的影響的方法。它與普通結構模型試驗的區別在于，這種試驗不僅需要模擬建筑物，還需要在模型中模擬建筑物基巖或圍巖的重力以及地質構造，包括巖體中的斷層、破碎帶、軟弱夾層、節理和裂隙等，盡可能體現出巖體非均勻等向、非彈性及非連續、多裂隙體的巖石力學特征；同時在模型的幾何尺寸、邊界條件及作用荷載、模型材料的容重、強度和變形特性等方面滿足相似理論的前提下，盡可能使模型符合實際情況，從而研究圍巖或基巖的穩定條件、變形狀態及其對建筑物的影響。

地質力學模型試驗中模型的制作技術直接影響到模型試驗的成敗。在采用填筑法制作試驗模型時，由于擊實設備能量的限制，不可能一次完成模型制作，必須分層進行填筑和壓實到設計容重。歷來控制的方法是根據設計容重和分層的厚度，計算出材料用量，配合好材料以后填入試驗臺的鋼模中，然后采用擊實設備將材料壓實到滿足容重要求和其它力學參數的要求(通過預先試驗確定)。這種方法叫做“標準容重控制”或“等容控制”模型制作方法。

這種制作方法中忽略了一個問題，即下層已經達到壓實標準的模型材料，在上層材料擊實過程中會受到上層擊實力的作用，產生超壓現象。由下而上逐層填筑壓實后，會造成模型整體的材料容重不均勻，而下層材料的容重和強度等往往會超過上層，造成試驗現象和結果的失真。

本項發明的穆達在于就是針對這個問題提出的一種有效的解決辦法和控制措施。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于擊實功復合作用函數逆向控制原理的地質力學模型制作方法，克服了現有的模型制作方法由于超壓而影響模型材料力學參數失真的不足，提高模型制作質量，本發明提出了一種基于擊實功復合作用函數的保證材料容重均勻一致性的逆向控制原理，及實現該原理而設計的制作技術，可應用于各種巖土工程相似模型試驗的模型制作。

本發明是通過如下技術方案實現的：

1、確定特定模型的擊實功復合作用函數及其參數

(1)確定擊實器的類型、重量、起落高度(若購買擊實器，可以從產品說明書上查得；也可以自行設定參數進行制作)，計算每次擊實產生的擊實功——夯具重量乘以每次自然落下高度，單位KJ。

(2)采用確定好配比(根據實際材料與模型材料相似比尺確定)的模型材料制作試件，在12％～14％含水量條件下，確定模型材料試件的容重與擊實功的關系曲線。

(見圖4)

(3)確定模型的分層填筑壓實層厚及層數(層厚一般為20cm～30cm，層數為4～12，層數則與模型的高度有關，如模型高度為3m，則為10～12層)，根據標準容重壓實要求計算該層的擊實功，以及對下層的傳遞影響系數，傳遞影響系數范圍在0.0～1.0范圍內，表達式為A_h＝1-exp(-h^a)+c·h，A_h為深度h處的本層與上層擊實功復合作用傳遞影響系數，也稱為擊實功復合作用函數；a是和材料特性有關的常數，c為與h有關的常數，由試驗確定。

所述的標準容重壓實要求是指，使模型材料的容重達到設計容重要求的壓實程度。

(4)確定各層填筑壓實完畢后擊實功隨深度變化的復合作用函數(公式A_h＝1-exp(-h^a)+c·h)；

2、模型填筑逆向控制技術

(1)提出“虛擬容重”控制概念。逆向應用擊實功復合作用機理，根據擊實功復合作用函數計算模型各個分層的“虛擬容重”控制值，以及填筑方量。

所述的“虛擬容重”控制概念是與“標準容重”控制相對應的概念。它并不是最終的模型材料的容重數值，而是在受到擊實功復合作用之前的材料容重控制值，它只存在于模型制作過程中某一時段，模型制作完成之后，它將不復存在。