第24卷第23期岩石力学与工程学报Vol.24No.232005年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2005收稿日期：2004–06–24；修回日期：2004–11–25作者简介：高长胜(1973–)，男，1998年于南京水利科学研究院岩土工程专业获硕士学位，现为博士研究生，主要从事地基基础及边坡工程方面的科研与技术咨询工作。E-mail：csgao@nhri.cn。堤防边坡稳定离心模型试验技术高长胜，陈生水，徐光明，魏汝龙(南京水利科学研究院岩土工程研究所，江苏南京210024)摘要：在进行堤防工程设计时，一般要进行竣工期、水位骤降期及高洪水位运行期的抗滑稳定分析。从试验材料模拟、工况模拟及离心机加荷运行方式等方面提出应用离心机模型试验研究堤防抗滑稳定的试验模拟技术，并探讨通过离心破坏性试验获取边坡稳定安全系数的方法。试验技术对进行堤防边坡工作与破坏机理研究以及对设计方案的论证、优选具有重要的指导意义。关键词：边坡工程；离心机模型试验；抗滑稳定安全系数中图分类号：TD824.7文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)23–4308–05CENTRIFUGALMODELTESTONSLOPESTABILITYOFLEVEEPROJECTGAOChang-sheng，CHENSheng-shui，XUGuang-ming，WEIRu-long(DepartmentofGeotechnicalEngineering，NanjingHydraulicResearchInstitute，Nanjing210024，China)Abstract：Thesafetyfactorsofleveeprojectundertheconditionsofcompletion，thewaterlevelfallsuddenlyandthehighwaterlevelshouldbeanalyzedinthedesigns.Themethodsofsimulatingmodelmaterial，operatingmodeandtesttechnologyinthecentrifugalmodeltestsforabove-mentionedconditionsaregiven，andthemethodsofgettingsafetyfactorsfromtheruinouscentrifugalmodeltestsarediscussed.Alltheseareimportanttoanalyzetheworkmechanismandtooptimizethedesignintheleveeproject.Keywords：slopeengineering；centrifugalmodeltest；safetyfactoragainstsliding1引言由于土体的变形模量、强度等与其应力水平密切相关，且呈非线性关系，因此要想通过模型试验来真实反映原型，就必须实现模型的应力水平与原型保持一致。离心模型试验就是通过施加离心力使模型的容重增大，从而使模型中各点的应力与原型一致。文[1]从能量原理的角度论证了对于用原型材料按比尺1∶n制成的模型，只要离心模型加速度达到nga=，加载条件与原型相同，就可使离心模型达到与原型相同的应力状态，且两者的塑性区域发展及其破坏过程保持相似。因此，利用离心模型试验进行边坡工程研究可在原型应力状态下研究和观察边坡的变形状态和破坏过程。离心模型试验技术主要包括材料模拟、工况模拟以及试验方法模拟等内容。关于离心模型试验原理及应用情况，文[2～10]从不同方面进行了介绍与分析，这里不再赘述。对于模型比尺为n的离心模型，模型与原型主要物理量之间的关系见表1，根据这些相似关系及工程实际可以确定堤防边坡的离心模拟方法。2模型与原型边坡安全系数关系由于离心模型满足了重力相似条件，而常规模型则不能，这对研究以主要作用荷载为重力的边坡第24卷第23期高长胜等.堤防边坡稳定离心模型试验技术•4309•表1离心模型与原型的相似率(模型比尺为n)Table1Simulationratiobetweencentrifugalmodelandprototypeone(modelscaleisn)内容物理量纲量模型与原型之比长度L1∶n面积L21∶n2几何量体积L31∶n3含水量1∶1密度ML－31∶1容重ML－2T－2n∶1粘聚力ML－1T－21∶1内摩擦角1∶1变形系数ML－1T－21∶1抗弯刚度ML3T－21∶n4抗压刚度MLT－21∶n2渗透系数LT–1n∶1材料性质质量M1∶n2速度LT－11∶1加速度LT－2n∶1集中力MLT－21∶n2均布荷载ML－1T－21∶1能量、力矩ML2T－21∶n2外部条件频率T－1n∶1应力ML－1T－21∶1应变1∶1位移L1∶n时间T惯性(动态)1∶n渗流、固结或扩散1∶n2性状反应蠕变、粘滞流1∶1工程问题具有重要意义。下面分析模型与原型稳定安全系数之间的关系。安全系数的计算公式为∑∑+==iiiiiiiWWlcFαϕαsintancos)(s滑动力矩抗滑力矩(1)式中：il为第i土条的弧长(m)，iW为第i土条的重力(kN/m)，iα为第i土条弧线中点切线与水平线的夹...
