1.3 地质力学模型试验的发展趋势

根据国内外拱坝地质力学模型试验的方法和技术发展，以及与数值计算比较来看，目前模型试验还存在以下几个问题：

（1）模拟比尺一般较小。目前对300m级的高拱坝一般只能做到1:200，难以精细地模拟基础结构面对大坝破坏的影响；此外模拟比尺较小，相似材料的强度和弹模则更低，加大了相似材料配制的难度。

（2）加载方式单一，很难考虑复杂地应力和基础多维应力状态。

（3）目前进行的高拱坝模型试验一般都采用超载法和降强法，很难考虑温度和渗流对大坝及基础开裂和破坏过程的影响。

（4）很难对拱坝运行及其开挖全过程进行模拟。

（5）对大坝的破坏过程很难追踪，特别是上游坝踵的开裂监测跟踪。

可见，当前的高拱坝地质力学模型试验还有较大的发展潜力，在模拟技术和手段方面要适应新时代的发展，引进新的试验装置，使之更好、更全面、更真实模拟特高拱坝的开裂及基础破坏全过程。

将来地质力学模型试验的发展主要趋势如下：

（1）为了更精细地模拟高拱坝基础中断层、夹层、节理和结构面，模拟比尺将向更大的比尺发展。如针对300m级别高拱坝最大采用1:200向1:100发展。这无疑对模型试验的试验场地、试验平台以及加载系统等提出更高的要求；同时砌筑模型的工作量也会大大增加，为此应该进一步改进试验试块制作、砌筑流程等，以提高效率，节约时间。

（2）为了满足模拟工程岩体结构的多维受力特性，试验的加载方式也应该朝多维方向发展，并且随着伺服加载系统在土木、岩土结构试验中广泛应用，拱坝的加载系统也应该采用伺服控制，这样可以在加载过程中进行实时控制。目前，清华大学水工结构实验室已经研制了大型岩土多点伺服加载系统，以更好地模拟岩土结构的受力特性。

（3）渗流对高拱坝开裂破坏影响较大，目前的试验较少考虑渗流对拱坝安全性的影响。地质力学模型试验的一个发展趋势就是引进新的加载设备和新的试验材料，以便能充分考虑渗流对大坝及坝基稳定的影响。

（4）随着科技的发展，将实现模拟跟踪监测技术的现代化、智能化、可视化，如采用声发射技术监控开裂前兆，微型摄像系统监控上游坝踵开裂，以及内部光纤技术监控坝肩内部的变形形态等。这些新技术已经逐步应用于模型试验中。

（5）随着我国大型高拱坝的建设高峰期已经过去，许多高拱坝即将进入运行期，在运行期拱坝的健康状态也会受到各种挑战。如何采用地质力学模型试验对拱坝运行期的长期稳定性进行评价是一个重要课题，目前国内外还没有任何一家科研单位对高拱坝长期稳定性进行过模型试验研究。结构长期稳定性模型试验必定要考虑岩石的时效变形，因此模型相似材料必须能反映岩石原型材料的流变性质。长期稳定性模型试验必须模拟长期的恒定静水压力、泥沙压力和山体自重的作用，因此需要采用伺服加载系统施加长期的、恒定的外荷载。目前，清华大学水利系已经开展了相关的研究工作。

总之，高拱坝地质力学模型试验正朝着大比尺、智能化、多学科交叉、精细化及时效性方面发展。