土工离心模型的试验原理
土工离心模型试验技术
土工离心模型试验技术
土工离心模型试验技术是一种新型的建筑技术，它能够帮助我们更好地研究地基的变形特性和抗滑性能，提高建筑工程的安全性和可靠性。
土工离心模型试验技术是指在高速旋转的平台上，通过离心力产生的模拟载荷，测试土体和岩体的抗滑性能和变形特性。
这种技术在建筑安全性方面的应用非常重要。
因为它能够有效地模拟地面的抗滑性能，可以帮助建筑工程师更好地设计地基结构，确保建筑物的安全性。
此外，这种技术可以更好地模拟地基沉降，从而更好地检测和预测地基的变形特性，以及地基和建筑物之间的相互作用，也可以为建筑提供安全性和可靠性。
土工离心模型试验技术可以将实验装置设置在模型场地上，并且可以在有限的时间和费用内完成复杂的试验，并且可以更好地实现实际场地试验的仿真。
当然，土工离心模型试验技术还可以有效地提高实验数据的准确性，从而更好地解决建筑工程的抗滑性能和变形特性的问题。
总之，土工离心模型试验技术是一种重要的建筑技术，可以有效地模拟地基抗滑性能和变形特性，从而提高建筑物的安全性和可靠性，也可以节省经济成本，提高实验数据的准确性，从而为建筑工程提供有效的保障。
离心模型试验报告
土工格室加筋边坡离心模型试验研究报告1、引言土工结构物中，土的自重产生的自重荷载对结构的性态的影响十分突出。
一般的模型试验的自重应力水平很低，毛细现象的影响突出，因此，模型试验结果不能逼真地重现原型的特性，难怪过去很多土力学家建议使用现场细致的观测和调查来解决土力学和岩土工程问题。
随着电子技术的发展，土工测试技术和测试手段的不断完善，有的学者提出，单纯地依靠有限的野外观测资料是不够的，只有通过充分数量室内试验才能对土的复杂的特性进行研究。
上述两个方面的矛盾现在可以依靠离心模型试验技术得到满意的解决。
所谓的离心模型试验即是采用较小比例的模型，通过离心机产生的离心力来模拟土结构物所受到的自重应力，使模型中的应力水平与原型相同，从而达到分析原型结构物的特性的目的。
最早提出离心模型试验思想的是法国工程师Phillip，他从弹性体系的平衡微分方程的角度推导了一些必要的相似比例关系，并提出了一系列的离心机设计原则。
1931年美国哥伦比亚大学的Bucki首先应用于矿山硐室的研究，开创了土工离心模型研究的新时代。
从此，世界各国充分认识到土工离心模拟技术的重要性，大力发展离心机，进行了各个方面的研究，如堤坝边坡的稳定性、地基基础与地下硐室、振动与冲击效应，并取得了相当大的研究成就。
二十世纪八十年代，我国开始开展了土工离心模拟技术的研究工作，并相继在南京水利科学研究院、长江水利水电科学研究院、北京水利水电科学研究院、上海铁道大学(现同济大学)和四川大学(原成都科技大学)等建设了专用的土工离心机，并进行了大量的试验研究。
本报告在综述离心模拟技术在土工合成材料加筋结构研究方面的应用基础，重点介绍利用西南交通大学的离心机所进行的土工格室加筋边坡的离心模型试验。
2、土工合成加筋边坡的离心模型试验研究回顾采用离心模型试验技术研究加筋结构由来已久，可以追溯至20世纪80年代。
至今已有许多学者在这方面进行了多项的研究工作。
表2-1给出了主要的多位学者的工作。
离心模型试验在土木工程中的应用
离心模型试验在土木工程中的应用离心模型试验是土木工程中常见的一种实验手段，它通过将真实尺寸的结构模型缩小并以高速旋转的方式进行试验，来模拟真实环境下的工程行为。
离心模型试验在土木工程中广泛应用，可以用于研究建筑物、桥梁、隧道等结构在地震、风载、水工等各种外力作用下的力学行为，为工程设计提供科学依据。
一、地震工程中的应用地震是土木工程中重要的考虑因素之一，离心模型试验可以模拟真实地震波谱，通过观察结构的动力响应情况，可以评估抗震性能。
离心模型试验可以研究建筑物、桥梁等结构在不同地震荷载下的受力情况，优化结构的设计，提高其抗震能力。
二、风工程中的应用风是影响建筑物稳定性的重要因素之一，离心模型试验可以模拟不同风速下的风载作用，研究建筑物的风振问题。
通过离心模型试验，可以观察结构的位移、变形情况，了解结构在风作用下的响应规律，进而优化设计，提高结构的安全性。
三、水工程中的应用水文条件对水工结构的稳定性和安全性有着重要影响，离心模型试验可以模拟水流的作用，研究各类水工结构在流速、水位变化等情况下的受力性能。
通过离心模型试验，可以观察结构在水流冲击下的反应，并针对水工结构的设计做出相应的优化和改进。
四、桥梁工程中的应用桥梁是土木工程中重要的建筑物类型，离心模型试验在桥梁工程中也有广泛应用。
通过离心模型试验，可以研究桥梁结构在不同荷载下的受力性能，包括自重、交通荷载、地震荷载等。
通过模拟实际情况，并观察结构的变形和破坏情况，可以对桥梁的结构设计进行改进和调整，提高桥梁的承载能力和安全性。
总的来说，离心模型试验是土木工程中的重要实验手段之一，可以模拟真实环境下的力学行为。
通过离心模型试验，我们可以更好地了解土木工程结构在不同力学作用下的行为规律，为工程设计提供科学依据。
离心模型试验的应用范围广泛，可以用于地震工程、风工程、水工程、桥梁工程等多个领域，对于提高结构的安全性和可靠性具有重要意义。
在未来的土木工程发展中，离心模型试验将继续扮演重要角色，为工程设计和建设提供更加准确可靠的依据。
土工离心模型试验原理与若干问题分析
建筑物尺寸 B 相对土粒直径 D 很大 , 一般不考虑 土 粒直径的作用和影响 。但模型试验 , 一般直接用原型 土料并保持与原型土相同的状态 。这样在模型试验中 由于结构物按模型比缩小而使得与土体颗粒接触的结 构物模型尺寸减小 , 土体的不均匀和随机性可能会明 显地显露出来 , 模型试验结果可能受粒径效应的影 响 。Fuglsang 和 Ovesen[1] 的研究表明 , 对于直径为 1 m 的基础底板 , 当填料平均粒径 < 28 mm 时 , 即底板 尺寸与土粒平均粒径比值 > 35 时 , 颗粒大小的粒径 尺寸效应可以忽略 , 但当该比值 < 15 时 , 则有明显 的尺寸效应 。对于条形基础及矩形基础 , 这一界限值 分别在 25～75 及 25～50 之间 。Craig[2] 也认为 , 为了 消除尺寸效应 , 对于浅基础和桩基础模型试验中的基 础尺寸与最大粒径之比应 > 40 。 31 3 边界效应问题
·8 ·
全国中文核心期刊 路基工程 2007 年第 3 期 (总第 132 期)
地形对路堤沉降影响的有限元分析
杨旭毅 支喜兰
(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室 陕西西安 710064)
摘 要 利用 Ansys 有限元程序建立路堤及地基模型 , 在填土高度 、地基土质和填土容重等参数 相同的前提下 , 分别计算出路堤处于三种不同地形时的地表沉降值 。计算结果及分析表明 : 对于路 堤 , 尤其是高路堤 , 地形因素对沉降量的影响不容忽视 。
另外 , 在离心模型试验中可采取合适的技术措 施 , 最大可能地降低模型箱边界效应的影响 。如在模 型箱内壁涂以硅胶并贴一层塑料膜的方法可一定程度 减小侧壁摩阻力的影响 。 31 4 工况模拟和动力模拟问题
岩土离心模拟技术的原理和工程应用
岩土离心模拟技术的原理和工程应用岩土离心模拟技术是一种重要的材料试验手段，广泛应用于土工、岩工、地基工程、地震工程等领域。
它通过模拟真实场地中土体的应力状态和变形特性，对土工材料、工程结构的力学性质和稳定性进行评估和研究。
本文将从原理和工程应用两个方面进行介绍。
一、离心模拟的原理离心模拟实验是将土体放在离心机设备中，借助离心机的高速旋转产生的离心力，使土体获得高达1000倍于重力的加速度，从而模拟真实场地的应力状态，获得各种状态的土体力学性质和变形特性。
离心模拟实验具有以下几个特点：1. 加速度较大：离心机可产生高达1000倍于重力的加速度，对土体施加强烈的加速载荷，能够模拟真实场地较为复杂的地震、风等载荷。
2. 实验精度高：离心实验是一种非常精密的试验方法，可以测量微小的力和变形，实验数据精度高、可靠性好。
3. 处理土体样品多样化：通过控制离心机旋转速度和加速度，可以模拟不同土层深度和不同地质环境下的土体状态，从而得到更真实、可靠的试验结果。
二、离心模拟的工程应用离心模拟技术已经广泛应用于土力学、岩石力学、地基工程、地震工程等领域，其主要应用方向包括：1. 工程结构的稳定性分析：运用离心模拟试验技术，对各种道路桥梁、隧道、堤防、地基及地铁车站等工程结构的稳定性进行评估和研究，建立地下结构的安全边界条件。
2. 地基和岩土工程的研究：离心模拟实验成为评估工程地基和岩土工程的力学性质和变形特性的标准方法。
通过利用离心模拟试验得到的数据，可以确定地基工程中土体失稳破坏的机制，进一步发展土体力学理论。
3. 地震工程的研究：离心模拟试验为研究地震过程中土体的动力响应、变形破坏机制、动力稳定性等问题提供了一种有效手段。
离心模拟试验能够模拟遇有多重地震场地，研究相关的动力特性和应力应变响应。
4. 其它领域的应用：离心模拟技术的应用同样在液固相变、废物处理、地下能源和水利工程等领域得到逐步推广。
总之，离心模拟技术是一种非常重要的材料试验手段，其在各个领域的应用推广将有着更加广泛的意义。
土工离心模型试验原理与若干问题分析
建筑物尺寸 B 相对土粒直径 D 很大 , 一般不考虑 土 粒直径的作用和影响 。但模型试验 , 一般直接用原型 土料并保持与原型土相同的状态 。这样在模型试验中 由于结构物按模型比缩小而使得与土体颗粒接触的结 构物模型尺寸减小 , 土体的不均匀和随机性可能会明 显地显露出来 , 模型试验结果可能受粒径效应的影 响 。Fuglsang 和 Ovesen[1] 的研究表明 , 对于直径为 1 m 的基础底板 , 当填料平均粒径 < 28 mm 时 , 即底板 尺寸与土粒平均粒径比值 > 35 时 , 颗粒大小的粒径 尺寸效应可以忽略 , 但当该比值 < 15 时 , 则有明显 的尺寸效应 。对于条形基础及矩形基础 , 这一界限值 分别在 25～75 及 25～50 之间 。Craig[2] 也认为 , 为了 消除尺寸效应 , 对于浅基础和桩基础模型试验中的基 础尺寸与最大粒径之比应 > 40 。 31 3 边界效应问题
度为ω, 转动半径 R 处质点 m 将受到离心力与重力的
联合作用 。设其合力为 F , 则 F = ma
(7)
其中 a 为合加速度 , 其值为 a = (ω2 R) 2 + g2
(8) 式中的ω2 R 为离心机旋转至水平方向时的离心加 速度 。记合加速度 a 与水平面的夹角为α, 则有
t
a
nα
=
g ω2 R
·8 ·
全国中文核心期刊 路基工程 2007 年第 3 期 (总第 132 期)
地形对路堤沉降影响的有限元分析
杨旭毅 支喜兰
(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室 陕西西安 710064)
摘 要 利用 Ansys 有限元程序建立路堤及地基模型 , 在填土高度 、地基土质和填土容重等参数 相同的前提下 , 分别计算出路堤处于三种不同地形时的地表沉降值 。计算结果及分析表明 : 对于路 堤 , 尤其是高路堤 , 地形因素对沉降量的影响不容忽视 。
离心模型试验技术应用的新进展
３ 离 心模 型 技 术 在传 统 工 程领 域 的应 用
土 工 离 心模 型 试 验 在 岩 土 工 程 领 域 的应 用 相 当广 泛 ． 传
在岩土工程领域 ， 常用来 对实际工程状 况进行考察 的手 段主要是原型 现梗 、 Ｉ模型试验和数值方法。原型观梗 是 研究 Ｉ 结构物性状 的最直 接 、 结果最 有说服 力 的方 法 ， 是原 型试 但 验步骤 繁杂 、 资巨大 ， 耗 仅应 用于较步 的工程实 践中。常规
反 应 和 裂 缝 轨 迹 的 观 察 ． 了解 原 墅 的性 状 提 供 了 有 力 的 帮 为 助 。在 我 国 ， 文献 ＿ 进 行 了瀑 布 沟 坝 基 骑 渗墙 的 离 心 摸 型 试 ３
２ 发展 历 程 ：
早 在 １６ ８９年 ，Ｉｌ ｓ 提 出 了 土 工 离 ， 拟 试 验 技 术 Ｐｉｉ 就 ｔｐ ｌ ｔ模 Ｌ 的基 本 思 想 。本 世 纪 ３ Ｏ年 代 ， 国 和 前 苏 联 重 新 提 出 这 一 美
为了研究水坝的开裂 变形对 坝体 的安全 构成 的巨大威
胁 ． 国科 罗拉 多 大 学 … 进行 了 现 浇 混 凝 土重 力 式 水 坝 的离 美 心 模 型 试 验 ， 将 试 验 结 果 与用 基 于 断 裂 力 学 的 有 限 元 方 法 并
数值预最 进行 了对比 ， Ｉ 用来验证谈数值方 法的有 效性和台理
振 动 台试 验 比 较 多 的在 结 构 试 验 中 应用 ． 是 由 于 它不 能 满 但 足 模 型 与原 型 应力 水平 相 同 的 相似 性 条 件 ， 岩 土工 程 研 究 在
统 上主要涉及土石坝 、 地下支挡结 构 、 土地 基 、 软 土工 合成材
料 加筋 挡 墙 、 石 边 坡 稳 定 等 诸 多 方 面 的 研 究 在 这 些 方 岩 面， 离心 模 型 的应 用 日益 广 泛 和 深 入 ， 技 术 水 平 也 越 来 越 其 高。
土工离心模型试验研究现状
一、离心模型试验概况1.1土工离心模型试验简介土工离心模型试验（geotechnical centrifugal model test）是把小比例尺模型放在离心试验机所形成的加速度场中，以获取全比例尺模型的变形破坏机理的模拟试验技术。
其基本原理是：将土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度作用，来补偿模型因为尺寸缩小而导致的土工构筑物自重的损失。
所以，它对模拟以重力为主要荷载的岩土结构物性状的研究就显得特别有效。
在岩土工程中，土体自重引起的应力常常占支配地位，土的力学特性随着应力大小的变化而变化，常规小尺寸模型试验由于其自重产生的应力远小于原型，因而无法再现原型的特性。
解决这个问题的唯一途径就是提高模型的自重，使之与原型等效。
把模型放置于特制的离心机中，使1/N缩尺的模型在Ng离心加速度的空间进行试验，由于惯性力与重力绝对等效，并且高加速度不会改变工程材料的性质，从而使模型与原型的应力应变相等，变形相似、破坏机理相同，能再现原形的特性。
由于其能再现自重应力场以及与自重有关的变形过程，直观揭示变形破坏的机理，并能为其它分析方法提供真实可靠的参数依据，而得到越来越广泛的应用。
1.1.1国外发展状况虽然早在1869年法国人Edouard Phillips就提出了离心模型试验的设想，并建议用其对横跨英吉利海峡的大钢桥进行验证，根据弹性体的平衡方程推导出原型与模型之间的相似关系，提出利用离心机产生的惯性力来增加模型的重力，用来研究结构的特性，但限于当时的条件，没有得到应用。
此后一直沉寂了60余年，直到20世纪30年代，这一概念才在美国和前苏联重新提出并开始进行试验工作。
1931年，美国哥伦比亚大学Philip Bueky将此技术应用于煤矿坑顶稳定性的模型试验中，所用的离心机半径仅25em，因离心机的半径过未取得有价值的成果，在土木工程界并未引起应有的重视。
与此同时，前苏联以鲍克洛夫斯基(Pokrovsky)和费德洛夫(E．C．Fedorov)为代表的学者们开始在大中型离心机上对离心模拟技术进行了广泛的研究。
土工离心模型试验技术研究
土工离心模型试验技术研究大型岩土离心机试验模拟高填方边坡沉降、变形和破坏过程一直是实验中的难点。
本文通过的模型采用原型材料制作，考虑了原型中的抗滑桩结构措施并在模型中安装了测试原件，观测模型在离心加速度作用下的应力和变形特征。
此次模型试验反应了机场高填方边坡在降雨情况下变形破坏的演化过程，深化了机场滑坡的破坏机理。
标签：离心机试验高填方边坡破坏机理1引言在许多工程学科中，常常用小比例尺物理模型重现某一事件来推断原型中可能存在和发生的现象，揭示和分析现象的本质和机理。
如：结构工程中的液压机、航天工程中的风洞、水利工程中的波浪水槽以及岩土工程中的三轴压力室等。
以上各种试验都是通过模型测试得出结果，然后反推原型的状态。
原型和模型的相似性通过相似律来关联。
在岩土工程中，土工结构主要荷载是土的自重，岩土自重引起的应力通常占支配地位，而土的力学行为与应力水平和应力历史有关[1]。
常规小比尺模型由于其自重产生的应力远低于原型，以及原型材料明显的非线性，因而不能再现原型的特性。
解决这一问题的唯一途径是提高模型的自重，使之与原型等效。
为提高模型的自重应力水平，增大材料自重的最简便的方法就是使用离心机。
由于惯性力与重力绝对等效，且高加速度不会改变工程材料的性质，因而模型与原型的应力应变相等、变形相似、破坏机理相同，能再现原型特性[2-4]。
土工离心模型试验的基本原理是：将土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度作用，来补偿因模型尺寸缩小而导致土工构筑物自重的损失，重现现场的应力水平，从而可以较好地预测岩土工程的工作状况[5]。
2模型设计2.1模型尺寸于填料试验采用大模型箱，模型箱尺寸为1.2m（长）×1.0m（宽）×1.2m（高），选定本试验的模型比尺。
在本次试验中，我们采用从机场滑坡取回的重塑土作为填料，从现场取回的原型土样经破碎后过筛，再根据勘查资料配置模型试验所需的填料。
离心模型试验报告
土工格室加筋边坡离心模型试验研究报告1、引言土工结构物中，土的自重产生的自重荷载对结构的性态的影响十分突出。
一般的模型试验的自重应力水平很低，毛细现象的影响突出，因此，模型试验结果不能逼真地重现原型的特性，难怪过去很多土力学家建议使用现场细致的观测和调查来解决土力学和岩土工程问题。
随着电子技术的发展，土工测试技术和测试手段的不断完善，有的学者提出，单纯地依靠有限的野外观测资料是不够的，只有通过充分数量室内试验才能对土的复杂的特性进行研究。
上述两个方面的矛盾现在可以依靠离心模型试验技术得到满意的解决。
所谓的离心模型试验即是采用较小比例的模型，通过离心机产生的离心力来模拟土结构物所受到的自重应力，使模型中的应力水平与原型相同，从而达到分析原型结构物的特性的目的。
最早提出离心模型试验思想的是法国工程师Phillip，他从弹性体系的平衡微分方程的角度推导了一些必要的相似比例关系，并提出了一系列的离心机设计原则。
1931年美国哥伦比亚大学的Bucki首先应用于矿山硐室的研究，开创了土工离心模型研究的新时代。
从此，世界各国充分认识到土工离心模拟技术的重要性，大力发展离心机，进行了各个方面的研究，如堤坝边坡的稳定性、地基基础与地下硐室、振动与冲击效应，并取得了相当大的研究成就。
二十世纪八十年代，我国开始开展了土工离心模拟技术的研究工作，并相继在南京水利科学研究院、长江水利水电科学研究院、北京水利水电科学研究院、上海铁道大学(现同济大学)和四川大学(原成都科技大学)等建设了专用的土工离心机，并进行了大量的试验研究。
本报告在综述离心模拟技术在土工合成材料加筋结构研究方面的应用基础，重点介绍利用西南交通大学的离心机所进行的土工格室加筋边坡的离心模型试验。
2、土工合成加筋边坡的离心模型试验研究回顾采用离心模型试验技术研究加筋结构由来已久，可以追溯至20世纪80年代。
至今已有许多学者在这方面进行了多项的研究工作。
表2-1给出了主要的多位学者的工作。
土壤离心分离原理
土壤离心分离原理
你知道吗？土壤里藏着好多小秘密呢。
而土壤离心分离技术就像是一个超级侦探，能把土壤里的不同成分都给找出来。
那它是怎么做到的呢？
想象一下，土壤就像是一个混合着各种东西的大杂烩。
有小小的土粒，还有可能有水分、微生物，甚至是一些溶解在水里的营养物质。
离心分离的原理啊，就有点像我们玩过的旋转木马。
当我们把含有土壤样本的溶液放在离心机里的时候，就像是把这个大杂烩放在了一个超级旋转的大盘子里。
离心机开始快速转动，这个速度可快啦，比如说每分钟可能会转几千转呢。
这么快的速度就会产生一种力量，这个力量就像是有一双无形的大手，开始拉扯溶液里的各种成分。
土粒一般比较重，就像在旋转木马的最外层，被这双大手甩到了容器的最外面。
而水分或者一些比较轻的物质呢，就像是比较轻的小朋友坐在旋转木马的内层，它们会被甩到比较靠近中心的位置。
这样，原本混在一起的土壤成分，就因为重量的不同，在高速旋转的情况下被分离开了。
我给你举个生活中的小例子吧。
你有没有玩过那种把沙子和水混在一起的游戏？如果我们想把沙子和水分开，要是光靠等水慢慢渗下去，那得等好久呢。
但是如果我们像离心机那样快速地摇晃这个装着沙水混合物的容器，沙子就会很快聚集到容器底部，水就在上面了，这就有点像土壤离心分离的原理啦。
土壤离心分离技术能让科学家们更好地了解土壤里到底有什么，就像我们打开一个神秘的宝盒，把里面的宝贝都一件件整理出来一样。
这对于研究土壤的肥力、里面的微生物种类，还有土壤是否被污染等方面都超级有用呢。
土木离心机原理_概述及说明解释
土木离心机原理概述及说明解释1. 引言1.1 概述土木离心机是一种常见的工程设备，它利用离心力来进行物质分离和加工。
通过旋转容器中的物质，重力将使较重的物质沉入容器底部，而较轻的物质则被拋向容器的周围。
这种分离原理广泛应用于许多行业领域，包括建筑工程、石油化工、食品加工等。
1.2 文章结构本文将主要从三个方面介绍土木离心机原理：离心力的作用、离心机构及工作原理以及土木离心机在各个应用领域中的具体使用情况。
通过对这些内容的详细说明和解释，读者将更好地理解土木离心机的原理和在工程实践中的应用。
1.3 目的本文旨在全面介绍土木离心机原理，并提供对其概念和工作过程进行解释。
通过深入了解土木离心机原理，读者可以更好地应用该技术于实际项目中，并认识到其在土木工程中所起到的重要作用。
此外，文章还将探讨土木离心机对土木工程发展的意义和影响，并展望其未来的发展前景。
2. 土木离心机原理2.1 离心力的作用离心力是土木离心机工作的基本原理之一，它产生于旋转体与重物之间的相对运动。
当离心机高速旋转时，重物由于向心力从旋转轴线远离并受到惯性作用，形成一个与中心轴线垂直的力，即离心力。
这个离心力可以让重物在离心机内被分离、筛分或压实。
2.2 离心机构及工作原理土木离心机通常由电动机、主轴、箱体和筛网等组成。
电动机通过主轴带动箱体和筛网做高速旋转。
当原料进入箱体后，由于受到离心力的作用，在旋转过程中会被分为不同大小的颗粒或进行搅拌混合等处理。
具体工作原理如下：当电动机启动时，主轴开始旋转，带动箱体和筛网一同高速旋转。
原料通过进料口进入箱体后，在密闭环境内随着箱体高速旋转。
由于材料的不同密度和尺寸差异，根据离心力的大小和方向，在旋转过程中，较大的颗粒或重物受到的离心力较大，会沿着离心力的方向靠近筛网并被分离出来，而较小的颗粒则会相对保持在箱体内。
这样就实现了原料的分级、筛选以及混合等作用。
2.3 土木离心机的应用领域土木离心机由于其独特的工作原理和功能，在土木工程中应用广泛。
试析气动潜孔锤使用情况(一)
试析气动潜孔锤使用情况(一)〔论文关键词〕岩土工程离心模型试验〔论文摘要〕随着我国岩土工程问题研究的不断拓展，新情况和新问题不断出现，使得采用室内试验和数值分析方法已不足以解决所有问题，这就使离心模型试验成为岩土工程试验领域的一种重要方法。
本文介绍了土工离心模型试验的原理、方法，详细阐述了该技术在岩土工程中的应用，最后指出了该技术存在的问题。
一、土工离心模型试验技术的原理1.土工离心模型试验技术的原理在岩土工程中，土的自重引起的应力通常占支配地位，土的力学特性随应力水平而变化，常规小比例尺模型由于其自重产生的应力远低于原型，因此不能再现原型的特性，解决这一问题的唯一途径就是提高模型的自重，使之与原型等效，基于这种思想，1869年法国人E．Philips 首次提出了离心机做模型试验的设想。
他根据弹性体平衡微分方程，推导出满足原型与模型之间具有相同性状的相似关系，在这些平衡中，当重力为主要因素时，他建议用离心机来增加模型的重力，以达到这种相似性。
土工离心模型试验是将土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，补偿因模型缩尺带来的土工构筑物自重的损失。
它比通常在静力(重力加速度)条件下的物理模拟更接近于实际。
土是一种非线性变形材料，它的性状受应力水平的影响。
当对土工构筑物进行物理模拟时，首要条件是保证模型的应力水平与原型相同。
利用高速旋转的离心机，在模型上施加超过重力n倍的离心惯性力，补偿模型因缩尺n倍所造成的自重应力的损失，达到与原型相同的应力水平，这样就可以在模型中再现原状土工构筑物的性状。
根据近代相对论的原理，重力与惯性力是等效的，而土的性质又不因加速度的变化而改变，因此，离心模拟技术对于以重力为主要荷载的土工构筑物来说就特别有效。
2.离心模型试验的相似理论为了满足模型同原型的严格相似，模型试验必须在相似三定理的指导下进行。
第一定理(正定理)：对于相似的现象，其相似指标为1，或相似准则的数值相同。
土质边坡离心机模型试验综述
土质边坡离心机模型试验综述摘要：土工离心模拟实验技术已愈来愈受到岩土工程界的关注，它是研究小比例尺模型由于在离心试验机所形成的超加速度场中能达到与原型相同的应力水平，而得到与原型相同的应力状态、位移变化,相似的塑性区发展和变形破坏过程,以获取全比例尺模型的变形破坏机理的模拟试验技术。
本文主要介绍了土工离心机的的发展概况和其在土质边坡中应用和其误差分析及存在问题。
关键词：土质边坡离心机模型试验一、土工离心机概述1.土工离心机国内外发展历程土工离心模型试验技术是国内外广为关注和竞相采用的一项物理模拟技术，但其发展历程却相当坎坷和漫长。
早在1869年，英籍法国人Phillis[1]首先提出了离心模拟概念，以弹性介质平衡方程推导了模型与原型之间的相似关系，并提议利用该项模型试验技术对横跨英吉利海峡的钢桥该工程的可行性进行研究，但由此引起了强烈的争论，被认为不可行。
一直到60年代后，离心模型试验技术分别有美国和前苏联学者重新提出。
1931年，美国哥伦比大学Bucky[2]以小比例模型在很小的离心机上研究了煤矿坑道顶的稳定问题，并与1940年将离心模型试验引入光测弹性力学实验。
1932年，苏联ПokpoBckИЙ在莫斯科水利设计院土力学实验室内首先用离心机研究土工建筑物的稳定问题，并对这项实验技术进一步给予研究开发，取得很大进展。
截至20世纪70年代，前苏联在不同研究或设计机构中建置土工离心模型20余台，对离心模拟相似理论，设备设计技术和试验方法等都做出了卓有成效的工作。
20世纪60年代后期，英国，美国和日本等国才开始建置土工离心试验模型。
虽然较前苏联晚了近30年，但发展较快。
进入20世纪80年代，土工离心模型试验又有了进一步发展，法国，丹麦，德意志联邦共和国，意大利和荷兰也相继建立土工离心模型试验室。
这时，在世界范围内，土工离心机的载荷容量和数量大为增加，土工离心模拟技术也有了长足的进步，几乎应用到岩土工程的所有领域。
土工离心模型的试验原理
d2 H dH 2 - r 2 sin H- r co sH dt dt d 2y d2r dr sin H + 2 2 = dt d t2 dt + r dH cosH dt
d2 H dH 2 sin H 2 cos H- r dt dt 为了 更清 楚地说 明问题 , 转 换到 模型 内, 如图 2 ( b) , 于是有 x′ = c′ - x sin H+ y cos H y′ = c″ - x cosH - y sin H 对 t 两次求导后得到
由式 ( 5) 可知, 若欲使 E r 小于 5% , 则对于半径为
图 2 坐标转换
第 2期
喻 勇等 岩石动态拉伸断裂特性的 实验研究
7
4 [ 苏] . . 切列帕诺夫著 . 脆性断裂力学 . 黄克智等译 . 北京 : 科学出版社 , 1990: 596 5 Zhang Zong x ian , Yu Y ong and Zhao Q ing . Influences of Lo ading R ates on the Fr acture T oug hness of Rock. see : H . P . Rossmanith . Fr acture and Dam age o f Concr ete and Rock FDCR 2. Vienna, A ustr ia, 1992,
l
模 型 律
比例 因数 n 1/ n 1 1 1 1 1 1 1/ n 1 n 1 1 1 1 1/ n 1/ n2 1
Q l
Rt hc G k U Rc c E t1 t2 t3
Q l
N R= N QN aN d N l =
- 1N - 1N - 1 N c = N RN Q a d = 1/ 2 1/ 2 = N G= N QN d N a Nl - 1 N k= N 2 d N QN aN G =
大型土工离心模型试验原理与技术和应用毕业论文
大型土工离心模型试验原理与技术及其应用毕业论文目录摘要 (3)Abstract (4)第一章绪论（文献综述） (5)§1.1土工离心机模型试验发展 (5)1.1.1发展背景 (5)1.1.2发展历程 (5)§1.2离心模型试验原理 (6)1.2.1基本原理 (6)1.2.2离心机转速n与模型率N的关系 (7)1.2.3原型和模型的比例关系 (7)§1.3本论文研究的任务 (7)第二章土工离心机的构造 (8)§2.1概述 (8)2.1.1绪论 (8)2.1.2离心机的放置 (8)§2.2臂式离心机构造 (9)2.2.1臂式离心机的构成 (9)2.2.2转臂和配重箱 (9)2.2.3吊篮 (10)2.2.4模型箱 (11)§2.3鼓式离心机构造 (12)§2.4小结 (13)第三章离心模型试验精度的影响因素研究 (14)§3. 1概述 (14)§3.2边界效应 (15)3.2.1边界效应产生原因 (15)3.2.2边界效应解决方法 (16)§3.3粒径效应 (16)3.3.1粒径效应产生原因 (16)3.3.2粒径效应解决方法 (17)§3.6小结 (17)第四章离心模型试验在工程上的应用 (18)§4.1概述 (18)§4.2土石坝横向裂缝离心模型试验 (19)4.2.1试验概述 (19)4.2.2试验流程 (19)4.2.3试验总结 (21)§4.3爆炸离心模拟试验 (21)4.3.1试验概述 (22)4.3.2试验流程 (22)4.3.3试验总结 (24)§4.4模拟月壤的土工离心模型试验研究 (25)4.4.1试验概述 (25)4.4.2试验准备与步骤 (26)4.4.3试验总结 (29)§4.5地铁车站地震模拟试验 (30)4.5.1试验概述 (31)4.5.2试验流程 (31)4.5.3试验总结 (33)§4.6鼓式土工离心模型试验研究 (34)4.6.1试验概述 (34)4.6.2试验布置与步骤 (35)4.6.3试验总结 (36)§4.7小结 (36)第五章离心模型实验的总结与展望 (37)§5.1总结 (37)§5.2发展 (38)§5.3制约 (40)参考文献 (41)致谢 (44)摘要随着现代城市化的发展，地面可供开发的面积逐年减少，于是人们就开始意识到地下空间的开发与利用。
离心成型的工作原理及应用
离心成型的工作原理及应用1. 离心成型的工作原理离心成型是一种常用的制造工艺，通过旋转机械将材料推向离心力作用下的模具壁，从而使材料在模具内形成所需形状。
离心成型的主要工作原理如下：•离心力离心成型的核心原理是利用旋转机械产生的离心力。
当材料在旋转机械的转速作用下，材料会受到离心力的作用，力的大小与材料离旋转轴距离的平方成正比。
离心力的作用下，材料会向外侧移动。
•模具设计离心成型需要使用特殊设计的模具。
模具的内表面和形状将直接影响最终产品的形状和性能。
模具内壁通常采用硬质材料，以保证产品的质量和表面光滑度。
•材料注入在离心成型过程中，需要将待成型的材料注入到模具中。
注入材料需要通过合适的速度和位置，以确保材料均匀分布在模具内。
•材料凝固和冷却注入到模具中的材料会受到离心力的作用，迅速分布到模具的各个部分。
随着材料在模具内冷却，材料逐渐凝固形成所需的形状。
材料的凝固过程需要控制好成型温度和冷却速度，以确保最终产品的性能和质量。
2. 离心成型的应用离心成型具有广泛的应用领域，以下为一些常见的应用案例：•汽车零部件离心成型常用于汽车零部件的生产，如发动机罩、融合管、车轮盖等。
离心成型可以制造出形状复杂、质量高、强度好的汽车零部件，提高汽车的性能和安全性能。
•飞机叶片离心成型也广泛应用于飞机叶片的制造。
飞机叶片需要具有轻量化和高强度的特点，离心成型可以满足这一需求。
离心成型制造的飞机叶片具有优良的机械性能和耐高温性能。
•管道和管件离心成型常用于制造管道和管件。
离心成型可以制造各种规格和形状的管道和管件，如管道弯头、三通、异径管等。
离心成型制造的管道和管件具有内外表面光滑、尺寸精确、强度高的特点。
•工程机械零部件离心成型可以制造各种工程机械零部件，如挖掘机斗齿、铲斗、轮胎等。
离心成型制造的工程机械零部件具有高耐磨性、强度高、使用寿命长的特点，适用于恶劣的工作环境。
3. 离心成型的优势离心成型作为一种常用的制造工艺，具有以下优势：•生产效率高离心成型可以同时制造多个产品，提高生产效率。
离心模型
(4)数值分析成果验证。无论是数值模拟还是物理模拟，都必须进行条件简化及假设。很多情况下，数值模 拟仍然受限于进行二维模拟。
20世纪90年代以来，离心模型技术在岩土工程各领域得到普遍的认可及发展，土工离心机的数量及尺寸也不 断增加，应用领域也不断扩大。西南交通大学运用离心模型试验技术，开展了散粒体沙堆模型试验，分析了散粒 体斜坡崩滑地质灾害的自组织临界性现象和地震诱发作用下散粒体斜坡崩滑失稳的模式与规律。清华大学在国内 首次进行了环境岩土力学和运移过程研究，利用土工离心机进行了轻非水相流体污染物、重金属离子等在非饱和 土中迁移的模拟，研究污染物的迁移机理及其对地下水的影响，同时也研究了土性对污染物迁移机理的影响，为 选取合适的清污技术提供了依据。岩土及结构的地震动力响应是最近10a来我国土工离心模型试验的研究热点， 如地基的地震反应，混凝土面板堆石坝的地震反应，结构－岩土相互作用的动态响应，黄土震陷性研究，边坡及 其处治措施的地震响应特征，砂土液化等。随着城市基础建设的不断发展，地铁隧道施工及其相关问题也越来越 突出，对此的研究也越来越多。如隧道结构的受力及变形特征，隧道开挖对地表及建筑物影响的研究与分析，黏 土的成拱能力等。2001年，世界上最大、最先进的土工离心机之一在香港科技大学正式完工，研制出世界上第一 台双向振动台，安装了先进的4轴向机械手，并配备了精确的数据采集和控制系统。先后在这台土工离心机上进行 了船舶撞击桥桩、松散填土的潜在静态液化机理、土钉加固边坡的效果、浅表层松散填土边坡稳定性研究等。
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第 2期
包承纲等 土工离心模型的试验 原理
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一个坐标系, 如图 2( a ) 所示。于是模型中任一点的 坐标可以用极坐标表达为 x = r cos H y = r sin H 将式( 8) 对 t 两次求导 , 得 d 2x d2 r dr cos H- 2 2 = dt d t2 dt dH sin H dt ( 9) ( 8)
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模 型 律
比例 因数 n 1/ n 1 1 1 1 1 1 1/ n 1 n 1 1 1 1 1/ n 1/ n2 1
Q l
Rt hc G k U Rc c E t1 t2 t3
Q l
N R= N QN aN d N l =
- 1N - 1N - 1 N c = N RN Q a d = 1/ 2 1/ 2 = N G= N QN d N a Nl - 1 N k= N 2 d N QN aN G =
Q ld
kG d 2Q a U Rc Q al c Q al E Q al
al
NU = N R= N QN aN l = N c= N Q N aN l = N E= N QN aN l =
2 - 1/ 2 = N t= N 1/ l Na 1 N t= N l ・ N k =
t t k l
a l
1 离心模型试验的比尺关系
根据土工离心模型试验的需要, 已总结了
若干工程问题中常见参数的比尺关系 , 见表 1。 表中 N 为模型与原型两者相应变量之比, 并基于模型采 用与原型相同的材料 , 模型长度为原型长度的 1/ n
收稿日期 : 1997-02-20
作者简介 : 包承纲 男 长江科学院 教授级高工 主要从事岩土工程研究
4. 1 离心机起动与制动时的误差 离心机起动与制动时的加速和减速所引起的切 向加速度是原型中没有的 , 它对试验结果会有一定 的影响。若模型加荷过快 , 地基土抵抗变形的性能 来不及充 分发挥 , 就会 产生过大 的剪切变 形; 同 理, 快速减荷时 , 离心机受到惯性的作用, 对边坡 的稳定性也会产生不利的影响。然而 , 若起动与制 动的时间过长 , 就会与边坡实际的受力状况差别很 大。所以试验中应根据研究目的的不同, 选择一种 合适的起动速度。 4. 2 模型尺寸与模型箱大小的关系 由于模型箱周壁的约束作用, 离心模型试验中 必须对模型的尺寸有一定的限制。对于地基承载力 试验的基础底板, 一般要求其宽度不超过模型箱最 小边长的 1/ 5。对于平面应变问题 , 若取断面作模 型, 则应注意保证断面有足够的宽度, 同时尽量减 小侧壁的摩擦力。 4. 3 模型材料颗粒尺寸与模型尺寸的关系 据 Fuglsang [ 1] 等人的研究 , 对于直径为 1m 的 基础底板 , 当土粒平均粒径为 28mm 左右, 即比值 ( D/ d ) 为 35 时, 颗粒大小的尺寸效应不存在 , 但当 该比值为 15 时 , 就有颗粒的尺寸效应了。另外, 对 于条形基础, 若( D / d ) 在 25 ～75 之间时 , 或者对矩 形基础, 当( B / d ) 为 25～ 50 时, 也未发现有比尺效
第 15 卷 第 2 期 1 9 9 8 年4 月
长 江 科 学 院 院 报
Journal of Y an gtz e River S cient ific R esearch Ins t itu te
V o l. 15 N o. 2
A p r.承纲 饶锡保
0 前 言
土工离心模型试验是将土工模型置于高速旋转 的离心机中 , 让模型承受大于重力加速度的离心加 速度的作用 , 补偿因模型缩尺带来的土工构筑物自 重的损失。它比通常在静力 ( 重力加速度) 条件下的 物理模拟更接近于实际。 土是一种非线性变形材料, 它的性状受应力水 平的影响。 当对土工构筑物进行物理模拟时 , 首要条 件是保证模型的应力水平与原型相同。 利用高速旋转 的离心机, 在模型上施加超过重力 n 倍的离心惯性 力, 补偿模型因缩尺 1/ n 所造成的自重应力的损失, 达到与原型相同的应力水平 , 这样就可以在模型中 再现原状土工构筑物的性状。根据近代相对论的原 理, 重力与惯性力是等效的 , 而土的性质又不因加速 度的变化而改变 , 因此, 离心模拟技术对于以重力为 主要荷载的土工构筑物来说就特别有效。
( 长江科学院 ) ( 土工研究所 ) 摘 要 简要阐述了土工离心模型试验的原 理 , 包括土工离心模型试验一系列常用的比尺关系、 离心力场的特性、 模型在离心力场中的运动状态及离心模型试 验中若干误差问题。 关键词 土工离心机 模型试验 相似性关 系 离心力场 误差
和模型承受放大 n 倍的加速度作用。
离心模型试验中的各项参数应与原型有一定的 相似关系, 才能保证模型反映原型的性状。这种相 似关系称为比尺关系。比尺关系 , 可以通过物理方 程 或 量 纲 分 析 确 定 下 来。 Fuglsang 和 Ovesen ( 1988)
[ 1]
15. 层流时间 16. 蠕变时间
由表 1 可见 , 土工离心模型试验中 , 第 4 项颗 粒尺寸不满足相似关系, 会导致尺寸效应产生的误 差。但对于粘土或砂土, 一般在分析中可按连续体 考虑 , 颗粒尺寸影响不大。相反 , 对于不能按连续 体对待的情况, 例如砂砾在水中沉积等课题, 则会 带来一定的误差 [ 2] 。 另外第 14, 15 和 16 项同为时间 t , 但它们的比
表 1 离心 模型试验中的比尺因素
变 量 1. 加速度 2. 模型长度 3. 土密度 4. 颗粒尺寸 5. 孔隙比 6. 饱和度 7. 液体密度 8a. 表面张力 8b . 毛细管高度 9a . 粘滞性 9b . 渗透性 10. 颗粒摩阻力 11. 颗粒强度 12. 粘聚力 13. 压缩性 14. 惯性时间 符号 a l Q d e Sr d/ l e Sr Q Rt Q ad l hc Q l ad Rl G 无量 纲数 N a= N l= NQ = N d= N e= N s= N Q= N Q=