試析氣動(dòng)潛孔錘使用情況

1、試析氣動(dòng)潛孔錘使用情況論文摘要隨著我國巖土工程問題研究的不斷拓展， 新情況和新問題不斷出現(xiàn)，使得采用室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值分析方 法已不足以解決所有問題，這就使離心模型試驗(yàn)成為巖土工 程試驗(yàn)領(lǐng)域的一種重要方法。本文介紹了土工離心模型試驗(yàn) 的原理、方法，詳細(xì)闡述了該技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用，最1.在巖土工程中，土的自重引起的應(yīng)力通常占支配地位, 土的力學(xué)特性隨應(yīng)力水平而變化，常規(guī)小比例尺模型由于其 自重產(chǎn)生的應(yīng)力遠(yuǎn)低于原型，因此不能再現(xiàn)原型的特性，解 決這一問題的唯一途徑就是提高模型的自重，使之與原型等效，基于這種思想，1869年法國人EPhilips首次提出了離心 機(jī)做模型試驗(yàn)的設(shè)想。他根據(jù)彈性體平衡微

2、分方程，推導(dǎo)出 滿足原型與模型之間具有相同性狀的相似關(guān)系，在這些平衡 中，當(dāng)重力為主要因素時(shí)，他建議用離心機(jī)來增加模型的重土工離心模型試驗(yàn)是將土工模型谿于高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī) 中，讓模型承受大于重力加速度的離心加速度的作用，補(bǔ)償 因模型縮尺帶來的土工構(gòu)筑物自重的損失。它比通常在靜力 （重力加速度）土是一種非線性變形材料， 它的性狀受應(yīng)力水平的影響。當(dāng)對(duì)土工構(gòu)筑物進(jìn)行物理模擬時(shí)，首要條件是保證模型的應(yīng) 力水平與原型相同。利用高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)，在模型上施加超過重力n倍的離心慣性力，補(bǔ)償模型因縮尺n倍所造成的自重應(yīng)力的損失，達(dá)到與原型相同的應(yīng)力水平，這樣就可以 在模型中再現(xiàn)原狀土工構(gòu)筑物的性狀。根據(jù)近代

3、相對(duì)論的原理，重力與慣性力是等效的，而土的性質(zhì)乂不因加速度的變 化而改變，因此，離心模擬技術(shù)對(duì)于以重力為主要荷載的土2.為了滿足模型同原型的嚴(yán)格相似，模型試驗(yàn)必須在相似第一定理（正定理）：對(duì)于相似的現(xiàn)象，其相似指標(biāo)為1,第二定理（n定理）：設(shè)一物理系統(tǒng)有n個(gè)物理雖，其中有 k個(gè)物理雖的雖綱是獨(dú)立的，則它可表達(dá)為n-k個(gè)相似準(zhǔn)則的第三定理（逆定理）:對(duì)于同一類現(xiàn)象，如單值H相似,1.在濱海地區(qū)的軟土上建造建筑物時(shí)，由于其強(qiáng)度低、壓 縮性高，通常需要進(jìn)行改良加固處理，因此加固方法的效果 和機(jī)理也就成為巖土工作者最關(guān)注的課題之一。離心模型試 驗(yàn)是研究軟土地基改良加固后，在上部荷載作用下的穩(wěn)定和 變形

4、性狀。當(dāng)小比例尺模型放入離心機(jī)，讓其承受n倍重力加速度的離心加速度慣性力場作用時(shí)，模型與原型在對(duì)應(yīng)點(diǎn) 的應(yīng)力相同，與應(yīng)力水平密切相關(guān)的土的特性得到反映，原 型的性狀能在ng模型中再現(xiàn)，從而可以利用它模擬各種條件 或原型真實(shí)條件開展各種研究和預(yù)測。更具現(xiàn)實(shí)意義的是根 據(jù)固結(jié)理論，達(dá)到某一固結(jié)度，超靜孔隙水壓力消散所需的 時(shí)間與排水距離的平方成正比，所以模型所需的消散時(shí)間縮 短為原型的1/n。對(duì)一般軟土來說，其透水性很小，土層中超 靜孔壓產(chǎn)生后，往往需幾年或幾十年才能完全消散。如果用 離心模型試驗(yàn)研究固結(jié)現(xiàn)象，這一過程往往在幾十個(gè)小時(shí)甚 至更短的時(shí)間就能完成，所以離心模型試驗(yàn)技術(shù)可以很方便2.很多

5、研究人員成功地利用離心模型來研究土和擋土結(jié)構(gòu)的相互作用，對(duì)其性狀有了新的理解。例如， Bolton認(rèn)為加筋土擋土墻的狀態(tài)不符合通常大家接受的概念，應(yīng)按照拉錨 鋼板樁分析；Lyndon和Pearson對(duì)于砂基土的懸臂擋土墻試 驗(yàn)的結(jié)果表明主動(dòng)土壓力相當(dāng)于Rankine的土壓力分布，而被動(dòng)土壓力則與Rowe的拉錨板樁墻的觀察結(jié)果相似。這些試 驗(yàn)研究成果，對(duì)人們認(rèn)識(shí)擋土結(jié)構(gòu)的變形和破壞機(jī)理提供了3.利用離心模擬技術(shù)研究動(dòng)力對(duì)工程的作用和影響已日益 受到人們的重視。例如縮小n倍的爆破模型在ng運(yùn)轉(zhuǎn)下爆破， 其質(zhì)雖和能雖將擴(kuò)大 n 3倍。這樣就可以在實(shí)驗(yàn)室模擬原 子彈爆破對(duì)土體的力學(xué)效應(yīng)；利用帶有振動(dòng)模

6、擬設(shè)備和測試 的離心機(jī)，可以對(duì)地震等地面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模型試驗(yàn)研究，這也 是目前土工離心模型試驗(yàn)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。4.我國雖然開展離心試驗(yàn)工作稍晚，但在壩工方面也取得 了良好的成果，特別是對(duì)高土石壩的試驗(yàn)研究，像90m高的西北口混凝土面板堆石壩，151m高的小浪底斜墻堆石壩和186m高的瀑布溝心墻堆石壩，都通過模型試驗(yàn)了解了在施工 期、運(yùn)行期和水位驟降的情況下的性狀。其中小浪底和瀑布 溝這兩座高壩均處于 70m厚的覆蓋層上地質(zhì)條件極為復(fù)雜。在三峽工程中，利用模型試驗(yàn)技術(shù)對(duì)高 90m（其中水下60m）的 三峽圍堰工程堰體位移和防滲墻的工作特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，同時(shí)還進(jìn)行了 60m深水拋填花崗巖風(fēng)化砂料的密

7、度和坡 角試驗(yàn)，為工程設(shè)計(jì)提供了有益的參考數(shù)據(jù)。上述的試驗(yàn)工5.其他方面除了上述幾個(gè)方面的試驗(yàn)研究外，離心模型試驗(yàn)技術(shù)在 巖土的其他領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。如對(duì)有機(jī)污染物在包氣帶 的入滲和遷移的研究；土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的性狀研究；海上采 油平臺(tái)的工作性狀研究及大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究等。三、土工離 心模型試驗(yàn)的若干問題1. 離心機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)誤差離心機(jī)啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)的加速和減速會(huì)引起切向加速度的 變化，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有一定的影響。若模型加荷過快，地基抵抗變形的能力來不及充分發(fā)揮，則會(huì)產(chǎn)生過大的剪切變形；反之，快速減荷時(shí)，離心機(jī)受到慣性力的作用，對(duì)邊坡模型 的穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生不利影響。然而，若啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間過長，則 會(huì)導(dǎo)致

8、模型受力狀態(tài)和原型受力狀態(tài)之間較大的差異，同樣 會(huì)引起試驗(yàn)結(jié)果的誤差。所以，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)研究的不同目的 選擇合適的啟動(dòng)和制動(dòng)速度。2. 邊界效應(yīng)問題離心模型試驗(yàn)中，由于模型箱側(cè)壁摩阻約束的影響，必 然會(huì)引起邊界受力條件或變形條件的改變。如對(duì)于地基承載 力試驗(yàn)的基礎(chǔ)底板，一般要求其寬度不超過模型箱最小邊長 的 1/5。3. 粒徑效應(yīng)問題Fuglsang和Ovesen的研究表明，對(duì)于直徑為1m的基礎(chǔ)底板，當(dāng)土料平均粒徑小于28mm即底板尺寸與材料平均粒徑的比值大于35時(shí)，尺寸效應(yīng)可以忽略， 但當(dāng)該比值小于15 時(shí)，則有明顯的尺寸效應(yīng)。對(duì)于條形及矩形基礎(chǔ)，這一界限 值分別在2575及2550之間。Cr

9、aig也認(rèn)為為了消除尺寸 效應(yīng)，對(duì)于淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)模型試驗(yàn)中的基礎(chǔ)尺寸與最大粒 徑之比應(yīng)大于40o其他一些研究者也給出了相近的界限范圍。白冰等人認(rèn)為這一要求對(duì)于一般的模型試驗(yàn)可以滿足，即可 用原型土樣制備模型。然而對(duì)于壩殼堆石材料等粗粒料的模 擬則必須按照幾何尺寸相似的準(zhǔn)則進(jìn)行縮尺制備。然而縮尺 制備必然會(huì)帶來模型土料與原型土料在物理力學(xué)性質(zhì)上的明 顯差異并導(dǎo)致模型與原型在力學(xué)機(jī)理上的差異。所以，既保 證兩者在性質(zhì)上不會(huì)有明顯的差異，乂能避免粒徑效應(yīng)是模 型制備時(shí)值得重視的研究課題。4. 時(shí)間的縮放比例問題同一試驗(yàn)中，對(duì)不同研究對(duì)象，一些物理雖的比尺因素不同，尤其是時(shí)間，在慣性力情況下比尺因素為1/n，對(duì)于滲流固結(jié)等因素為1/n2,對(duì)于蠕變則為1,如果這些問題同時(shí)發(fā)生，則很難正確模擬。參考文獻(xiàn):1:CraigWHEdouardPhillipsandtheideaofcentrifugemo