土工离心模型试验

更新时间:2023-05-30 20:20

土工离心模型试验(geotechnical centrifugal model test),是利用离心机提供的离心力模拟重力,按相似准则,将原型的几何形状按比例缩小,用相同物理性状的土体制成模型,使其在离心力场中的应力状态与原型在重力场中一致,以研究工程性状的测试技术。

离心模型试验是利用人造之离心力来模拟重力,将大地工程造构模型的自重提高到与原型相同的状态。离心模型原理之正确性乃基于以下两个物理原理:

1,根据近代相对论解释牛顿的重力与惯性力是等效的,所以原型受地球的重力与模型在离心机上受离心惯性力其物理效应是一致的。

2·材料之力学性质主要与电子云内之电磁力有关重力或离心力与电磁力相比微不足道,一般之机械设计并未对处于高速度之机械零件做特殊之考虑,因此在离心力场内土壤之材料性质亦不至于改变。

离心力模型的基本相似定义为:

1.若将1/N缩尺模型置于Ng之离心力场中,则自重增加N倍,于是模型中每点所受的应力与原型中相对应点所受之应力是相等的,因此在整个试验过程中,离心模型中各点之应力路径须与原形相似。

2.当超额孔隙水压的分布在原型及1/N缩尺之离心模型中呈现相似状况时,若模型置于Ng之离心力场中,则模型中孔隙水压的消散时间为原型的1/N2倍,由此特性可利用来模拟实际土层数十年甚至数百年之压密。

经由因次分析,可利用得到离心模型与原型的相似比在相同土壤与相同流体条件下之离心模型与原型其主要的物理量及相似性比较,发现除了时间因次在动态事件中缩小n倍,而孔隙水压力消散速率则加n2倍不完全相符外,离心模型试验在其他因次均可得到一致之模拟效果。

就总体而论,离心模型试验具有下列几项优点:

(1)可以减少模型尺寸

(2)离心模型所承受的压力状态与原型相同

(3)离心模型内各点之应力途径与原型相符

(4)可作为数值分析的验证工具。

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