水工結(jié)構(gòu)靜力模型試驗(yàn)

水工結(jié)構(gòu)靜力模型試驗(yàn)按材料的力學(xué)特性及其所處階段，可分為兩類:

一類是以彈性力學(xué)的基本假定為前提，用線彈性材料制作模型，用以研究結(jié)構(gòu)及其地基在彈性階段的應(yīng)力狀態(tài)。此類模型試驗(yàn)稱彈性應(yīng)力模型試驗(yàn)或簡稱應(yīng)力模型試驗(yàn)。

另一類是以彈塑性力學(xué)的基本假定為前提，用合適的彈塑性材料制作模型，研究結(jié)構(gòu)及其地基由彈性階段到達(dá)塑性階段直至破壞的全過程的各階段工作狀態(tài)。水工結(jié)構(gòu)靜力模型試驗(yàn)按量測(cè)方法亦可分為兩類:

一類為電測(cè)法 ，另一類為光測(cè)法。電測(cè)法最常用的是在模型表面粘貼電阻應(yīng)變片。模型受荷后，通討應(yīng)查片量測(cè)到模型表面所產(chǎn)生的應(yīng)變，即可按力學(xué)方程計(jì)算出模型表面的應(yīng)力，從而推求出結(jié)構(gòu)原型的表面應(yīng)力。同理，如把應(yīng)變片埋于模型內(nèi)部，則可測(cè)出結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變并求出其應(yīng)力。近代由于各種電測(cè)傳感器發(fā)展很快。擴(kuò)大了電測(cè)法在結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中的應(yīng)用范圍，在位移、壓力、荷載、溫度和裂縫脹變等項(xiàng)目的量測(cè)中，都可使用電測(cè)傳感器，井與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理的自動(dòng)化量測(cè)系統(tǒng)相連接。光測(cè)法中應(yīng)用較廣的是偏光彈性試驗(yàn)，其他還有散斑干涉法、云紋法及全息攝影等方法，20世紀(jì)末研究利用光導(dǎo)纖維量測(cè)模型中的應(yīng)變、溫度等，其量測(cè)精度高，受環(huán)境影響少，具有較好的發(fā)展前景 。

20世紀(jì)初，J.S.威爾遜開始用橡膠模擬重力壩和地基進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力模型試驗(yàn)。1930年美國墾務(wù)局用石膏硅藻士制作了當(dāng)時(shí)世界最高的胡佛壩的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)。1947年和1951年，葡萄牙里斯本國家土木工程研究所(LNES)和意大利貝加莫模型和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)所(ISMES)相繼成立。前者以用小比例尺、后者以用大比例尺的模型而聞名于世。隨后，其他國家也開展這方面的研究工作。中國在20世紀(jì)50年代中期開始進(jìn)行水工結(jié)構(gòu)的靜力模型試驗(yàn)，20世紀(jì)60年代以后有了較大的發(fā)展。較高大的拱壩或地基條件較復(fù)雜的混凝土壩等水利工程一般都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn) 。2100433B

水工結(jié)構(gòu)靜力模型試驗(yàn)(Hydraulic structure static model test)是指通過以相似原理制作的模型和施加的靜荷載來研究水工結(jié)構(gòu)物及其地基在靜荷載作用下的靜力性能、破壞機(jī)理及安全度等問題的試驗(yàn)，又稱靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)，在模型上施加由相似理論換算而得的相應(yīng)荷載，然后觀測(cè)模型中所出現(xiàn)的力學(xué)現(xiàn)象，并將它們換算至原型，從而預(yù)測(cè)在原型結(jié)構(gòu)及地基中將要發(fā)生的力學(xué)現(xiàn)象。

水工結(jié)構(gòu)靜力模型試驗(yàn)的加荷方法有：液壓、氣壓、千斤頂組和砝碼杠桿加載系統(tǒng)等。其中千斤頂組加荷多用于結(jié)構(gòu)破壞模型試驗(yàn)。模型材料的研究和選擇是模型試驗(yàn)中一項(xiàng)比較重要的工作，往往要進(jìn)行比較多的工作量才能確定合適的模型材料。它們通常應(yīng)具有質(zhì)地均勻、各向同性的性質(zhì)，并能滿足物理力學(xué)性能穩(wěn)定、力學(xué)指標(biāo)可調(diào)范圍大、易于成型和加工、安全經(jīng)濟(jì)等要求。選擇模型材料。要根據(jù)所要模擬的結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)的物理力學(xué)性能，首先選擇模型材料的品種，其次是選擇具有某一確定力學(xué)指標(biāo)的具體材料。常用的模型材料有：石膏、石膏硅藻土混合材料、水泥浮石混合料。重品石粉混合料，其他還有有機(jī)玻璃、環(huán)氧樹脂等。模型材料的制備亦有不同的方法，有預(yù)制毛坯再加工成形的、自現(xiàn)撓的，亦有用機(jī)械加壓成型的。

水工結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)(Hydraulic structure dynamic model test)是指通過以相似原理制作的模型和所施加的動(dòng)力荷載來研究水工結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性及其在各種動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)的試驗(yàn)。

仿真結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)按特性可分為靜力和動(dòng)力模型；按比尺可分為足尺和縮尺模型。仿真模型須滿足幾何相似、邊界條件相似、物理量相似和初始條件相似等 。

結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性包括：自振特性(頻率、振型及阻尼)和幅頻響應(yīng)函數(shù)(幅頻特性和相頻特性)。作用在水工結(jié)構(gòu)上的動(dòng)力荷載有地震荷載、爆炸荷載、動(dòng)水荷載和機(jī)械運(yùn)行所引起的震動(dòng)荷載等。上述動(dòng)水荷載，研究下泄水流對(duì)下游河床產(chǎn)生的脈動(dòng)荷載，是通過水彈性模型試驗(yàn)來進(jìn)行的。

到20世紀(jì)末所進(jìn)行的水工結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)，大都是指結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)是處在線彈性范圍內(nèi)工作的。至于通過動(dòng)力模型試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力問題, 例如研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)屈服條件、破壞機(jī)理以及土壩、土基等的動(dòng)力問題，正在開展多方面的研究，例如通過動(dòng)力試驗(yàn)研究土的動(dòng)力特性、土壩及基礎(chǔ)的液化問題等，都已取得一些成果 。