第11章工程地质模拟与评价.docx
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第11章工程地质模拟与评价
第11章工程地质模拟与评价
11.1概述
模拟是分析和解决复杂工程地质问题的有效手段。
几十年来，工程地质工作者在充分吸取相关学科先进研究成果的基础上，结合大量工程实践，形成了重视工程地质原型研究，以工程地质模型为基础的工程地质模拟和方法。
模拟研究按采用的手段可分为数值模拟与物理模拟两大类型。
数值模拟主要包括有限元、边界元和离散元等方法；物理模拟包括光弹模拟、电模拟和相似材料地质力学模拟试验等。
模拟研究的基本任务是通过再现复杂工程地质现象的形成和演化过程，对以下问题进行论证：
①验证地质分析所建立的机制模型或概念模型是否符合实际，并对其演化机制进行深入的量化分析；②量化评价地质现象演化过程中，各主要控制要素之间及其与主导内、外作用力间的相互关系，论证所建立的分析评价模型是否合理；③量化评价地质现象或过程在所处环境条件下的演化和发展趋势，论证所建立的预测模型是否可信；④量化评价工程设计或治理措施的效果，论证拟订的对策和方案是否有效和优化。
现代工程建设的规模越来越大，场地条件也越来越复杂，工程地质问题也越来越复杂。
随着电子计算机的广泛使用和量测技术的发展，解决工程地质问题的数值模拟和物理模拟的理论和方法发展迅速，使得解决的工程地质问题更加广泛，研究的课题更加深入。
一方面，飞速发展的工程地质学不断地提出新的难题，用现成的数学、力学理论对其无法作出确切的描述，工程地质模拟为解决这类问题提供了可能的手段；另一方面，模拟方法的不断成功应用，深化了人们对许多工程地质现象的理解，有力地推动了工程地质学科的定量化进程。
工程地质评价就是通过一定的勘察手段，应用工程地质学及其它相关学科的原理方法、分析与工程相关联地质体的性质、特征以及各种特征之间的相互关系，从而评价工程地质条件或地质环境对工程建筑物的适宜程度以及相关的工程地质问题。
其结果可直接为工程设计提供有关参数和相关设计依据。
工程地质问题的复杂性给工程地质的评价造成了极大的困难。
到目前为止，很难找到一种通用的办法去评价所有工程的工程地质问题。
本章主要阐述和总结从工程地质模型建立到实施工程地质数值模拟、物理模拟的过程和工作思路，并介绍工程地质评价方法。
11.2工程地质模型与模拟
11.2.1 工程地质模拟的工作步骤
1．工程地质条件的调研
工程地质条件的查明是工程地质问题分析也是模拟分析的基础和前提。
对于工程地质条件的调研，不仅限于地质测绘，野外坑槽探及钻探、试验和长期观测也是常用的手段。
各具体的工程地质问题所侧重的调研内容不尽相同，如对区域稳定性问题，着重研究的是地壳现代应力场特征、断裂的现代活动与地震以及与此相关的水文地质条件等。
值得注意的是，岩土体物理力学参数的测试，与地质体本构关系相关的地质条件的查明是本阶段不可忽视的工作。
2．工程地质模型的概化
地质模型是在工程地质条件综合分析的基础上，对工程地质体的概括或简化，也就是通常所说的定性研究结论的归纳，故也可称为“概念模型”。
如对水库诱发地震控制性断裂的认识、地质边界条件、水文地质条件的组合特征、断层危险性分区分带及可能震中的判断等，即可看作为水库诱发地震的地质模型，应当看到，这种对地质体的认识必须是全面的、总体的，否则只能看作为模型的某一片断。
可以认为，工程地质工作的主要任务就是在查明工程地质条件的基础上论证地质模型，解决工程地质问题。
3．力学模型的建立
在地质模型的基础上，通过合理的抽象、简化和概括，便可建立工程地质模拟分析的力学模型。
力学模型是直接用作数值计算或物理模拟的，因此它必须突出控制工程地质问题的主导因素，既能准确地反映地质体的客观实际，同时又具有力学分析的可能性、计算机条件保障的可行性或模型实验的可操作性。
与力学模型建立直接相关的几个问题包括：
①具相对独立的力学结构范围的选取；②地质条件（包括诸如断裂的选取）的确定；③计算边界条件（位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件）的选用等。
4．模拟结果的检验
模拟应当满足一定的精度和可靠度。
除通过适当的数学手段进行检验外，最根本的方法是将计算结果与实际工程地质条件对比。
检验时如果只挑选少数的数据核对，可能由于机会上的巧合，结论仍是错误的。
只有针对具体的问题，采用整套的数据，才能取得真正符合实际的检验效果。
如果模拟结果存在较大的误差，应分析原因，或着手改善输入数据，或修改力学模型和模拟方法，有时需要对工程地质模型进行调整。
11.2.2关于工程地质模型
工程地质模拟是解决工程地质问题的手段，它的正确与否在很大程度上取决于对工程地质条件的研究和工程地质模型的正确性，而且必须通过工程地质实践加以检验。
地质模型是在工程地质条件综合分析的基础上，对工程地质体的概括或简化。
地质体是在漫长地质历史时期形成的复杂体系，它不仅表现在岩性的复杂多变，还表现在地质结构面的千差万别，而且这些因素随着时间和空间都不断变化着。
因此，通过理论的本构关系和计算模型来模拟这种复杂的过程号现象就不可避免地存在着偏差。
同时还应当看到，人们对地质体的认识仍在不断深化和发展着，有一些问题目前仍不能很好地认识和解决。
如对与时间有关的变形和断裂现象仍在不断地探索之中，如果对与之相关的模拟期望过高是不切合实际的。
再者，岩土体物理力学参数的选取在很大程度上决定了模拟结果的精确程度。
由于参数的随机性和不确定性，它们的选取就成为工程地质模拟中的关键问题之一。
因此，对参数必须进行适当的统计处理，从概率分析和可靠性分析的角度提供模拟参数。
可见，工程地质模拟并不是绝对的定量化方法，它正处在不断的完善和发展之中。
在工程地质研究中，模拟是为了正确描述研究对象，预测和解决工程实际问题；同时，在分析过程中深化对研究对象及其模型的认识。
模拟结果的合理性在很大程度上取决于模型建立的正确性和输入参数的可靠性。
模型乃是实体简化而不失真的摹体。
研究对象不加以简化，难以用数学语言描述，无法模拟；然后，模型如果失真，也就不是实体的摹体。
判断是否失真的准则是“等效性”，即模型对于激励的响应与实体是否一致或近似，简而言之，等效性是处理特定问题时，在功能上模型对于实体的一致性或相似性。
一般认为，当模拟结果以一定精度再现，并与观测数据系统或现象类似时，便认为
模型结果良好，但须注意问题的多解性，不注意问题的多解性常常是数值计算失误的重要原因。
对于地质体缺乏充分正确的认识，受主观直觉的引导，或对模型本身缺乏实质性的认识，在实际资料的处理，边界条件、初始条件的确定等方面往往就会偏离实际，这将会导致建立一个歪曲问题本质的地质模型或力学模型。
因此，在工程地质模拟中，模型的正确建立是至关重要的一步。
计算机广泛应用于工程地质定量研究，加快了工程地质问题定量研究的步伐。
与此同时，也出现了一种倾向，即认为先进的计算方法与计算手段必然获得可靠的计算结果。
其实，无论计算方法与计算手段多么先进，计算结果的可靠性最终仍然取决于计算的人，取决于对工程地质条件的正确理解与概化。
因此，基础地质调查、工程地质条件研究、工程地质问题的定性分析并不因为先进模拟手段的出现而失去其作用，相反，它们在工程地质模拟中显得更为重要。
11.3工程地质评价
工程地质评价应是一个评价系统，它包括诸如工程地质评价的基本原则、评价内容、评价方法、评价结果等内容。
11.3.1评价的基本原则
工程地质学是为工程建设服务的科学，其出发点就包括工程和地质这两个方面。
它不是纯粹意义上的地质问题研究，而是紧密结合建设的工程、针对工程建筑物的具体特征来分析研究地质条件，这是工程地质区别于其他地质学科的关键，也是工程地质分析评价的基本出发点。
因此，工程地质评价的基本原则为：
（1）以工程地质资料的收集为基础，以保证工程建筑物的安全稳定为目标；
（2）密切结合工程建筑物的特点，针对建筑物的特点论述工程地质条件的优劣；
（3）强调地质条件与建筑物的相互适应性，即针对不同的地质条件，做不同特性建筑物的设计；同时针对不同建筑物的特性，对地质条件做相应的改良措施。
11.3.2评价的对象
进行工程地质评价，首先要确定评价对象。
工程地质评价的对象因工程的需要而大不相同，它可大可小。
评价对象大可对一个坝址、一个地区、一个河段进行评价，如三峡坝址工程地质评价、某地区工程地质评价等。
中可对一个建筑物进行评价，如某地下厂房工程地质评价、某边坡稳定性工程地质评价、某大楼工程地质评价等。
小可对一个建筑物的某一具体部位进行评价，如地下厂房左边墙工程地质评价、溢洪道右边墩工程地质评价、某大桥桥墩工程地质评价等。
11.3.3评价的内容
工程地质评价一般来说应包括分项评价和综合评价两部分。
分项评价是对工程建筑物或工程区有影响的各种工程地质因素进行逐项分析评价；综合评价是对工程建筑物或工程区的工程地质条件的优劣进行总体的分析评价。
分项评价是综合评价的基础，综合评价是分项评价的结论，同时，综合评价也是采取工程地质措施和工程设计的依据。
由于工程或建筑物具有不同的特点，工程地质评价内容不尽相同。
有时可能是一些大项，如对某一个完整的工程来说可能包括区域环境、地形地貌、地层岩性、地质构造、风化卸荷、岩体结构及质量、水文地质条件、岩体物理力学性质等。
有时可能是一些小项，如对建筑物的某一具体部位有影响的可能就是一条断层，甚至是断层宽度、延伸长度、断层充填物、起伏差、发育密度等。
11.3.4评价结果
工程地质评价结果，一般包括三种类型。
（1）可行性评价
针对一个工程项目或工程建筑物，从工程地质条件的角度来说是否可行，即为可行性评价。
这种评价的结果只有两个：
可行或不可行。
这种评价往往是在工程勘察的早期阶段做出，一般它是一种比较粗略的、概念性的评价。
（2）优劣评价
工程中往往仅给出可行与否是不够的。
一般来讲，由于工程地质条件的复杂性，任何一个地质体都存在一定的地质缺陷，将地质缺陷作适当的处理就可以将地质条件进行改良，变不可行为可行。
工程处理的工程量往往是与地质缺陷的严重程度有关。
因此，工程地质条件的评价也就应该是针对不同的地质条件给出不同程度的评价，这种评价可以称之为工程地质条件的优劣评价。
目前对优劣程度尚无统一的级别和划分标准，可以划分为好、较好、一般、较差、差五等，也可以分别称之为优、良、中、差、劣。
（3）量值评价
在工程实际中，有时用优劣评价仍显得粗糙，难于进行方案的比较，因此有时需要进行定量的评价。
由于工程地质条件的复杂性和资料的有限性，完全做到定量评价常是困难的。
但对于一个具体的工程地质问题，或一具体的工程部位，或某一个或几个工程地质指标，是可以用数值的大小做出评价的。
这种数值评价有时是一个数值，如岩体质量指标（RQD）、斜坡稳定性系数、抗滑安全系数、抗剪指标、安全坡角等；也可以是一个人工给定的值，如某一条件的优劣可以分别赋予不同的分值。
工程建设中，工程地质的勘察一般按阶段进行，不同的行业，其阶段的划分方法不尽一致。
如规划阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段等。
一般来讲，评价结果是与工作阶段相适应的，在较早的设计阶段中，工程地质的评价一般以定性为主，进行总体的、原则性的评价；而在较后的阶段中，工程地质的评价将具体化、定量化，是进行某一具体部位工程地质条件或地质问题的评价。
11.4工程地质评价基本方法
工程地质评价方法较多，工程地质评价基本方法可归纳为四种，即经验判别法（分区分类分级法）、标准对比法、图解法、数值计算法和物理模拟法。
11.4.1分区分类分级类比法
分区、分类、分级是分析评价工程地质问题中最重要的手段，此种方法十分重要和有效。
在勘察工作前期地质资料比较缺乏的时候可以采用此种方法，即使到了施工期此种方法也常常被采用。
将某一工程区或地质体进行分区、分类或分级，并对各区段或类别给出不同的描述指标或文字，这样就可以使被评价的对象有了定量或半定量的结论。
这种方法运用得较多，如区域稳定性分区、工程地质岩组分类、边坡工程地质分段、建设场地工程地质分区与适宜性分区、岩体质量分类、硐室围岩分类等。
实际上，即使目前的规程规范或有关资料中没有现成的分区分类标准，工作中也可以自行制订标准，对该工程的某一地质体或某一区段做出适宜的分析评价。
11.4.2标准对比法
标准对比法就是首先建立一个可供参考的标准，然后将工程建设中所面对的工程地质条件与参考的标准进行对比分析，从而对该工程的工程地质条件有一个优劣的评价。
根据参考标准目前制定与否，这种方法可以分为已建标准对比法和未建标准对比法。
（1）已建标准对比法
工程地质学经过多年的研究和工程实践，已积累了大量的资料。
有些已形成了系统的规程规范，如水利水电工程地质勘察规范、水利水电工程地质各规划设计阶段工程地质勘察工作深度和质量要求、工程岩体分类规程、堤防工程地质勘察规程等。
有些是一些单项标准，如硐室围岩分类、坝基岩体分类、岩石强度分类、岩芯采取率分类等等。
在一个工程中，如果要评价某一项地质条件的优劣，我们只需将被评价工程的有关评价因子与上述相应标准进行对比即可，对比后就可以对该工程的某一评价因子或综合工程地质条件有一个评价结果。
这种方法是工程地质评价中目前所采用的最基本方法。
（2）未建标准对比法
由于工程地质条件的多样性和复杂性，加之认知的局限性，在工程地质评价中目前还有相当多的项目没有制定出一个通用的、被大多数人所接受的标准，这就给工程地质评价带来了困难。
为了解决这一问题，实际工程中可以针对工程的特性，自行制定适合于本工程的标准，如对工程部位进行分区、对工程地质条件进行分类分级等，然后对各部或各项工程地质条件进行评价。
11.4.3图解分析法
工程地质评价中对于某些问题或某些项目有时可以用图表表示。
常用的方法有以下几种：
（1）图表图解分析法
图表分析是工程地质评价中最常用的一种方法。
根据已取得的某些地质指标，与相关图件进行对比或绘制相关的图件，就可判断出工程地质条件的优劣。
如知道了砂砾石的级配后，与混凝土用骨料级配标准界线图进行对比，就可以知道此砂砾石是否可以用作混凝土骨料。
现行各种规程、规范的后附图表相当一部分均属于此类图表。
利用图解形式直接对工程地质条件进行分析判断，如边坡块体稳定节理玫瑰花图、实体比例投影图、楔形体赤平投影和全空间赤平投影均属此类方法。
（2）图算分析法
为了克服图解法的缺陷，可以在作图的基础上进行相关计算，从而对相关工程地质条件做出评价。
典型例子就是坐标投影法。
这种方法是以正投影理论为基础，并吸收赤平极射投影的某些概念方法。
它基本包括两部分：
一是块体几何条件（包括块体的形状、大小、重量、重心、空间位置、截面面积及各块体间的关系等）的确定；二是块体的力系分析，用坐标投影可以求出作用在块体上各种力的合力和合力耦矩，进而分析判断块体的稳定性。
11.4.4数值计算法
数值计算法包括数学计算和数值模拟两部分。
数学计算是利用数学的方法对工程地质的某些指标或数据进行统计计算，从而对工程地质条件进行分析评价。
如岩土体物理力学指标的统计、天然建筑材料储量的计算等均属于此类方法。
数值模拟是在建立工程地质模型的基础上，对工程地质体进行二维或三维的应力应变状况模拟，从而对相关工程地质问题进行分析评价。
工程地质评价中目前使用的计算方法种类较多，刚体极限平衡法、数值模拟分析法和应用数学法。
刚体极限平衡法是研究岩土体稳定性时常用的方法。
此方法概念明确，遵循库仑判据，方法简单，为国内外许多工程所应用。
它在确定的某一滑动面、临空面等边界条件及其地质结构模型（或概化地质模型）基础上，采用合理的参数计算分析各块体在刚性条件下的受力状态，从而分析评价各块体或某一地质体的稳定性状态。
应用数学方法较多主要包括模糊数学法概率分析法等
工程地质分析评价中，目前正向多因素综合评价的方向发展。
由于工程地质系统的复杂多样性和某些指标的分散性，究竟应该考虑哪些最基本的因素？
这些因素用什么指标反映？
如何综合评价？
针对这些问题，采用模糊数学的方法来解决并已取得了初步成果。
概率分析评价目前也已在工程地质问题分析中采用。
以边坡稳定性为例，以极限平衡法分析边坡稳定性时，安全系数Kc是一系列参数的函数，表示为：
Kc=f/（X1,X2，……,Xn）（11-1）
式中：
X1，X2，……，Xn是一些具有某种分布的随机变量，所以安全系数Kc也是随机变量，且按一定的分布规律分布在一定范围内。
为了求得Kc的分布，首先要确定各计算参数的分布形式及其密度函数，通过计算，确定边坡的破坏概率。
11.5工程地质数值模拟与物理模拟
11.5.1工程地质数值模拟的主要方法
在工程地质问题分析中，最常用的数值方法包括有限单元法、离散单元法和边界单元法。
这些数值方法都有各自的长处和短以及适用条件，不能笼统地说哪种方法更好，一般需根据具体工程地质问题的特点及其边界条件加以选用。
在限差分法是最早出现的数值方法，在计算机出现以前就有了，它至今在解决一些工程地质问题中仍然有效。
有限单元法从20世纪50年代开始盛行，现已蔚为大观。
边界单元法是70年代兴起的一种数值方法，由于它有降维作用，且计算精度高，对于解决无限域或单无限域问题万为理想，所以有很适用于岩土体工程地质问题分析。
半解析元法即有限条法，它是数理方程的解析方法与数值方法相结合的求解方法，借用部分解析解以减少纯数值方法的计算工作量，适用于解决高维、无限域及动力场问题。
离散单元法最早是Cundall在1971年提出来的，以后发展极快，是一种很有发展前途的数值方法。
无界元法是为了解决有限元法所遇到的“计算范围和边界条件不易确定”而提出来的，是解决岩石力学问题的另一类有效方法。
为了解决复杂的工程地质问题，对各种数值分析方法要扬长避短，集中各种数值方法的优点，近年来数值方法的耦合分析有了长足的进步，如有限单元法与边界单元法耦合，有限单元法与离散单元法耦合及边界单元法与离散单元法耦合等都有了不少应用，解决了不少复杂条件的数值模拟问题。
一般而言，数值方法可分为区域型和边界型两大类：
区域型数值方法主要包括有限单元法、有限差分法和离散单元法等；边界型数值方法主要是边界单元法。
采用差分法时，将所考虑的区域分割网格，用差分近似代替微分，把微分方程变换成差分方程。
也就是通过数学上的近似，把求解微分方程的问题挛我成求解节点未知量的代数方程组的问题。
采用有限单元法时，将所考虑的区域分割成有限大小的小区域（单元），这些单元仅在有限个节点上相连接。
根据变分原理把微分方程变换成变分方程。
它是通过物理上的近似，把求解微分方程问题变换成善于求解节点未知量的代数方程组的问题。
离散单元法与有限单元法类似，它假定单元块体是刚体，块体单元通过角和边相接触，其力学行为为物理方程和运动方程控制。
与有限单元法不同的是，它可以允许单元间相互脱离，单元可以产生较大的非弹性变形。
采用边界单元法时，根据积分定理，将区域内的微分方程变换成边界上的积分方程。
然后将边界分割成有限大小的边界单元，把边界积分方程离散成代数方程。
同样把求解微分方程变换成求解边界节点未知量的代数方程组，然后由边界节点上的值求出区域内任一点的函数值。
有限单元法是应用最广的数值方法，根据不同的本构方程，目前广泛使用的是线弹性有限元法、弹塑性有限元法、损伤有限元法、统计岩土模型有限元法等。
岩土体不同于一般固体力学研究的对象，有限单元法、边界单元法、有限差分法等均能成功地运用于均质或较均质岩土体问题。
数值方法甚至可以通过方法本身的发展，如引入节理单元、增强非线性分析能力等手段，可分析含不连续界面和多介质的较复杂的岩土体的力学行为。
但随着科学的发展和对岩土体认识的进一步深化，仅靠固体力学中常用的方法已不能满足工程地质、岩土力学数值分析的要求。
显然，工程地质、岩土力学数值模拟问题比其他工程力学问题复杂得多，迫切需要建立更加简捷有效的新的数值方法。
正是基于这一原因，新的数值方法一直是国际上研究的热点，近年来发展迅速。
新出现的数值方法主要有：
有限单元法中的节理单元法、块体理论、不连续变形分析、快速拉格朗日法、块体弹簧元法、无网络伽辽金法和数值流形法。
这些方法对解决工程地质、岩土工程特殊问题特别有效。
11.5.2工程地质物理模拟的设计
工程地质物理模拟按相似理论，除要求几何的、力学的相似以外，还要求原型和模型材料具有相似的变形破裂过程特征，它们的应力（σ）和应变（ε）曲线应符合如下关系：
Cε＝1 Cε＝1 （11-2）
式中：
Cε为应变相似系数（原型εp与模型εm的比值，下同）；Cε为残余应变相似系数。
根据量纲分析，可导出如下关系：
Cσ＝CE·Cε， Cδ＝CL （11-3）
Cσ＝CL·Cρ （11-4）
式中：
Cσ、CE、Cδ和Cρ分别为应力、弹模（变模）、几何尺寸、位移量和材料密度的相似系数。
模型设计中，按照设计拟定的几何相似系数，则可根据公式组（11-3）推算出其他各项系数，据此确定材料的选择、模型制作及加载系统的设计。
1．模型类型
地质力学模型可定性和定量地反映天然岩体受力特性，其按模型维数可分为平面模型和三维模型，平面模型又分为平面应力模型和平面应变模型；按模拟的详略程度分为大块体模型和小块体模型；按制作方式分为现浇式和预制块体拼装式；按模拟的性质及试验性质，分为应力模型、强率破坏模型和稳定模型。
当前清华大学水利系和长科院等进行地质力学模型为水工建设服务。
2．模型材料
模型材料的研究是工程地质模型试验十分重要的内容，它关系到模型试验的成改。
根据相似要求，岩石相似材料应满足容重大、强度和变形模量低、弹塑性及流变性与岩体相似的要求，模型材料的本构关系和岩石材料以及断层、软弱夹层等结构面的本构关系基本相似。
但是，要找到完全相似的模型材料十分困难，一般根据要研究问题的性质，寻找满足主要参数相似的材料。
岩石相似材料一般以水、机油、石蜡油、石膏、水泥等为粘结剂，重晶石粉、铁粉、砂、膨润土等为集料，通过压制、捣实、浇筑或压实形成。
水泥和石膏用来配置高强度模型材料，机油和石蜡油用来配置低强度模型材料。
重晶石粉和铁粉用来增加容重，重晶石粉稳定性好；铁粉容易锈蚀，锈蚀后比重显著降低。
清华大学推出的模型材料如以石膏和水为胶结剂、重晶石粉和石灰石粉为填料、甘油为添加剂的材料，重度为20.5~21.0kN·m-3，抗压强度为0.064~0.177MPa，变形模量为88.3~411.9MPa，采用浇注成型；以水、重晶石粉、膨润土组成的相似材料，重度为28.5~29.6kN·m-3，抗压强度为0.102~0.5MPa，采用压模成型；以水、石膏、铅粉、铁粉组成的相似材料，重度为25kN·m-3，抗压强度为0.2~2.0MPa，变形模量为196~1833MPa，采用压模成型。
国内模型几何比尺一般为150~200。
由于弱面和破碎带等往往是控制岩体稳定的关键因素，所以对于沿弱面和破碎带滑动的稳定问题，模型夹层材料的相似性必须严格满足。
意大利结构与模型试验研究所在这方面作了大量工作，采用酒精、清漆、润滑油、滑石、石灰石分等材料的不同组成来模拟不同的摩擦角。
我国清华大学水利系试验室等单位采用打字纸、蜡光纸、锡、电化铝、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚四氟乙烯薄膜、二硫化钼、黄油等来模拟，通过不同的组合可以获得0.1~1.0的摩擦系数。
研究表明，蜡光纸、打字纸、滑石粉、清漆、环氧树脂、黄油等受温度湿度的影响较大，而锡、电化铝、聚酯薄膜、聚乙烯和二硫化钼等受温度适度的影响较小，是较好的结构面模拟材料。
沈大利、杨若琼等采用惰性材料和耐高温、高压的材料，研制出随着温度升高而摩擦系数不变的块体材料，有利于模拟夹层受地水侵蚀作用抗剪强度不变这一特性。
3．加载系统
荷载的模拟是模型试验技术的重要内容之一，通常模拟的荷载种类主要有岩体或结构自重、地应力、地震力、渗透水压力、上下游水压力、水库淤沙压力等。
常用模拟方法分别为：
①岩体自重属于体积
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