当前课程知识点:高等土力学 > 第1章 土工试验及测试 > 1.2 模型试验 > 1.2 模型试验
同学们好 现在我们开始学习第二节
模型试验
模型试验一直是岩土工程中的一种重要研究手段
它既可用来
检验各种理论分析和数值计算
也可直接用于指导实际工程的设计和施工
近年来
岩土工程的规模和复杂程度都在增加
人们希望对其中机理的认识更加深入
各种模型试验越来越受到重视
得到了很大的发展
总体来讲
模型试验分为1g模型试验和ng模型试验
1g模型试验在通常的重力场中进行
在一定的边界条件下
对土工建筑物或地基进行模拟
用于验证相关的理论或计算方法
也是土的应力应变关系
研究的一种手段
这种试验分为小比尺试验和足尺试验
ng模型试验是将土工建筑物
或地基基础的尺寸缩小n倍
同时重力加速度为ng
一般采用原型材料做模型
密度相同
这样可使模型与原型的应力 应变相同
破坏机理相同
变形相似
对于以重力荷载为主的情况
尤为适用
目前有土工离心机
和渗水力模型试验两种
前者应用最为广泛
在1g的小比尺模型试验中
土工建筑物或地基基础尺寸
缩小n倍的同时
自重和荷载及应力也缩小n倍
由于土并不是线弹性材料
在1g下小尺寸模型中土的应力很低
而在很低的围压下
土的应力 应变
强度特性与常规围压下有很大区别
比如很多土在很低围压下
表现出强烈的剪胀和应变软化特性
尤以密实的粗粒土为甚
而在一般围压下则应力应变性质明显不同
在很低围压下土的强度指标
(如内摩擦角)有明显的提高
亦即强度的非线性
对于黏性土
其摩擦强度与围压大体上呈线性关系
而黏聚强度则不受围压影响
小尺寸的模型
无法正确地按比例缩小黏聚强度
所以1g下的小比尺模型试验一般意义不大
如果对这种1g的
小比尺模型试验结果进行数值分析
则需要进行很低围压下的试验以确定参数
而这种试验难度很大
并不容易得到准确结果
另一种1g模型试验是足尺试验
即基本上按原型尺度进行模拟试验
这种试验可信度高
资料十分宝贵
可直接用以指导工程设计
但造价昂贵
投资巨大
比如日本耗资5亿美元建造了大型振动台
这张图是在美国科罗拉多大学进行的
足尺加筋土挡墙
也就是著名的丹佛墙
墙高3.05m
宽1.22m
长2.08m
在一个大型模型槽内进行试验
铺设了12层长1.68m的
热黏无纺织物为筋材
墙顶用气囊加压
分别对黏性土和砂土填料进行试验
不惜投入巨资进行足尺及原型试验
表明了人们对于岩土工程的认识
还不够深刻
并且对理论分析
及数值计算的信心还不足
下面介绍NG土工模型试验
法国人Phillips早在1869年
就提出离心机模型试验的设想
20世纪30年代初成为现实
60年代以后
在发达国家发展较快
到了80年代
在世界上许多国家使用
我国80年代以来
先后建成多个土工离心机
近期往大容量 多功能 特殊性方向发展
土工离心机模型试验
用离心力模拟重力
其优点是
与原型相比应力应变相等
变形相似
破坏机理及现象相同
缺点包括 应力场不均匀
有时材料模拟不准确 比尺不一致
边界条件难以模拟
已用于
固结 入桩 冻土
基坑开挖 坝体填筑 地震
降雨 喷锚 污染物扩散等等
这是土工离心机模型试验的原理
和结构示意图
试验时将模型箱放在吊篮中
通过水平旋转产生离心力
试验中指令或传感器信号
通过滑环或无线方式输入输出
由计算机进行控制和数据处理
同时也可以通过闭路电视系统进行观察
这是清华大学50GT
土工离心机和振动台实物照片
该离心机容量不大
但特色鲜明
利用率高
已进行了多种土工试验
土工离心机试验中的相似准则
和比尺因素如表所示
值得注意的是
对于不同的问题
同一变量的比尺可能不一样
比如
对于惯性 层流和蠕变
时间模型比尺分别为N分之一
N平方分之一和1
渗水力模型试验是另一种NG模型试验
它的原理是
用水在土中向下的渗透力J模拟重力
从而达到模型尺寸缩小N倍
而土中应力应变与原型一致的目的
这里给出了这种试验设备的原理简图
从图可见
在向下的渗透力J作用下
模型比为
N=NG/G=(J+γ΄)/γ΄=(i*γW)/γ΄+1
约等于i+1
i是水力坡降
这张图是这种试验设备的简图
这种试验已经用于浅基础
桩基础等问题的研究
也可用于动力问题的模拟
它的突出优点是设备是静态的
在NG条件下沉桩等比较方便
但它也有很明显的局限性
只能做饱和土体试验
地面是水平的
土的渗透系数过大和过小
都影响试验精度并造成操作困难
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业