高等土力学1.2 模型试验
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1.2 模型试验
1.2.1 1g的试验 1g
小比尺与足尺试验（ 小比尺与足尺试验（n=1)
1.2.2 ng的模型试验 ng的模型试验
离心机，渗水力等
1.2.1 1g的试验
1. 1g的小比尺试验 1g 优点： 容易，经济 缺点：不能定量。由于土的应力应变关系非 线性；强度非线性；低围压下的剪胀性；粘 聚力无法模拟
离心模型试验实例1
离心模型试验实例1
滑环
离心模型试验实例1
离心模型试验实例1
离心模型试验实例2
离心模型试验实例2
离心模型试验实例2
2. 渗水力模型试验 优点：方便，经济，简单 缺点：土的限制，地面齐平，饱和土，试验中渗 透系数的可能变化 应用：浅基础，单桩，动力实验
图1－40 渗水力模型试验示意图 －
σz=z(iγw+γ ′)
＝n zγ ′ n n=1+i γw / γ′
图1－41 单桩渗水力模型 －
试验
1.2.2 ng的模型试验
1. 土工离心机模型试验（centrifuge)：离心力模 土工离心机模型试验（centrifuge)：离心力模 拟重力 优点：应力应变相同；破坏机理及现象相似；可 以模拟实际工程问题及边界条件 缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板 片；比尺的不一致 发展：固结、入桩、冻土、基坑开挖、地下工程、 地震等
序号 1 2
变量 加速度 模型长度 土密度 颗粒尺寸 孔隙比 饱和度 液体密度 表面张力 毛细管高 度 粘弹性 渗透性 颗粒摩擦 力 颗粒强度 粘聚力 压缩性 时间：惯 性 时间：层 流 时间：蠕 变
符号 a
l
无量纲数
模型率
Na = Nl =
比尺因素 n
1/ n
土 工 离
3 4 5 6
ρ
d
e
Nρ =
c /( ρ al )
E /( ρ al )
比 尺 因
11 12 13 14
Nc = N ρ Na Nl
N E = N ρ Na Nl N t = N a−1/ 2 N l1/ 2 =
t1 t2
t a /l t a /l
素
15 16
N t = N 1 N k−1 = Nt =
t3
1
图1－39 离心机装置示意图 －
σ1/ σ3
τ
低围压
高பைடு நூலகம்压
ε
σ
图1－37 应力－应变、强度与应力水平的关系 －
2. 极小围压的三轴试验极难进行 误差来源 试样自重、试样帽的自重 膜的径向约束 端部约束 静水压力 膜的拉伸对试样的附加压力 负压制样 传力杆的摩擦力等
3. 1g的足尺试验 1g 结果有说服力，资料宝贵 造价昂贵
图1－38 加筋挡土墙的足尺试验 －
d /l
e
1 1 1 1 1 1
Nd =
Ne = Ns =
N ρ1 = N ρ = Nσt = N ρ N a N d N l =
− N c = N σ N ρ 1 N a−1 N d−1 = 1/ N η = N ρ N d N a 2 N l1/ 2 =
Sr
Sr
心
7
ρ1
σt
hc
ρ1 / ρ
σ t /( ρ adl )
hc ρ 1ad / σ t
实 验 中
8a 8b 9a 9b
1/ n
1
η
k
η /( ρ 1d dl )
kη /( d 2 ρ a )
N k = N d2 N ρ N a N η− 1 =
Nφ = Nσ = N ρ N a N l
n
1 1 1 1
1/ n 1/ n2
的
10
φ
σc
c
E
φ
σ c /( ρ al )
1.2.1 1g的试验 1g
小比尺与足尺试验（ 小比尺与足尺试验（n=1)
1.2.2 ng的模型试验 ng的模型试验
离心机，渗水力等
1.2.1 1g的试验
1. 1g的小比尺试验 1g 优点： 容易，经济 缺点：不能定量。由于土的应力应变关系非 线性；强度非线性；低围压下的剪胀性；粘 聚力无法模拟
离心模型试验实例1
离心模型试验实例1
滑环
离心模型试验实例1
离心模型试验实例1
离心模型试验实例2
离心模型试验实例2
离心模型试验实例2
2. 渗水力模型试验 优点：方便，经济，简单 缺点：土的限制，地面齐平，饱和土，试验中渗 透系数的可能变化 应用：浅基础，单桩，动力实验
图1－40 渗水力模型试验示意图 －
σz=z(iγw+γ ′)
＝n zγ ′ n n=1+i γw / γ′
图1－41 单桩渗水力模型 －
试验
1.2.2 ng的模型试验
1. 土工离心机模型试验（centrifuge)：离心力模 土工离心机模型试验（centrifuge)：离心力模 拟重力 优点：应力应变相同；破坏机理及现象相似；可 以模拟实际工程问题及边界条件 缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板 片；比尺的不一致 发展：固结、入桩、冻土、基坑开挖、地下工程、 地震等
序号 1 2
变量 加速度 模型长度 土密度 颗粒尺寸 孔隙比 饱和度 液体密度 表面张力 毛细管高 度 粘弹性 渗透性 颗粒摩擦 力 颗粒强度 粘聚力 压缩性 时间：惯 性 时间：层 流 时间：蠕 变
符号 a
l
无量纲数
模型率
Na = Nl =
比尺因素 n
1/ n
土 工 离
3 4 5 6
ρ
d
e
Nρ =
c /( ρ al )
E /( ρ al )
比 尺 因
11 12 13 14
Nc = N ρ Na Nl
N E = N ρ Na Nl N t = N a−1/ 2 N l1/ 2 =
t1 t2
t a /l t a /l
素
15 16
N t = N 1 N k−1 = Nt =
t3
1
图1－39 离心机装置示意图 －
σ1/ σ3
τ
低围压
高பைடு நூலகம்压
ε
σ
图1－37 应力－应变、强度与应力水平的关系 －
2. 极小围压的三轴试验极难进行 误差来源 试样自重、试样帽的自重 膜的径向约束 端部约束 静水压力 膜的拉伸对试样的附加压力 负压制样 传力杆的摩擦力等
3. 1g的足尺试验 1g 结果有说服力，资料宝贵 造价昂贵
图1－38 加筋挡土墙的足尺试验 －
d /l
e
1 1 1 1 1 1
Nd =
Ne = Ns =
N ρ1 = N ρ = Nσt = N ρ N a N d N l =
− N c = N σ N ρ 1 N a−1 N d−1 = 1/ N η = N ρ N d N a 2 N l1/ 2 =
Sr
Sr
心
7
ρ1
σt
hc
ρ1 / ρ
σ t /( ρ adl )
hc ρ 1ad / σ t
实 验 中
8a 8b 9a 9b
1/ n
1
η
k
η /( ρ 1d dl )
kη /( d 2 ρ a )
N k = N d2 N ρ N a N η− 1 =
Nφ = Nσ = N ρ N a N l
n
1 1 1 1
1/ n 1/ n2
的
10
φ
σc
c
E
φ
σ c /( ρ al )