巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)課件

1、巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)第三章：模型試驗(yàn)1）探索許多目前數(shù)學(xué)分析方法尚不易解決的工程問(wèn)題；2）驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的正確性，然后改變參數(shù)進(jìn)行系列數(shù)值計(jì)算。引言作用：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)第三章：模型試驗(yàn)1）地下工程在各種荷載作用下的應(yīng)力分布特征與變形位移規(guī)律；2）地下工程在各種荷載作用下的破壞形式及其原因，通過(guò)逐級(jí)超荷實(shí)驗(yàn)，可以估算原模型的總安全系數(shù)和穩(wěn)定性程度；3）地下工程結(jié)構(gòu)的最佳方案，圍巖與襯砌的互相作用等設(shè)計(jì)中需要解決的問(wèn)題；4）各類巖土結(jié)構(gòu)的變形與強(qiáng)度特征及其結(jié)構(gòu)的互相作用。引言研究?jī)?nèi)容：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)1）相似及相似條件3.1 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)表示一個(gè)系統(tǒng)的所有物理量

2、的數(shù)值，能有另一個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)應(yīng)的物理量乘以不變的無(wú)量綱常數(shù)而得到，則這兩個(gè)系統(tǒng)相似。相似系數(shù)巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論()()0()()0 xpxyppppypxyppppXxyYyx第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)平衡方程()()0()()0 xymxmmmmymxymmmmXxyYyx原型模型巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論2222()()() 0 xpypppxy第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)相容方程2222()()() 0 xmymmmxy原型模型巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1

3、相似理論1()(1)()() 1()(1)()() 2(1)()()pxppxppypppyppyppxpppxypxyppEEE 第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)物理方程1()(1)()() 1()(1)()() 2(1)()()mxmmxmmymmmymmymmxmmmxymxymmEEE原型模型巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論()()()pxpppyppppxypppuxvyuvyx第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)幾何方程()()()mxmmmymmmmxymmmuxvyuvyx原型模型巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論p

4、pppplmmmmmxyuvlCxyuvl()()()()()()xpypxyppxmymxymmC()()()()()()xpypxyppxmymxymmC第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)pEmECEpmCppXmmXYCXYprmrCr幾何相似比：應(yīng)力相似比：應(yīng)變相似比：彈性模量相似比：泊松比相似比：體積力相似比：容重相似比：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論()()0()()0 xpxypxlpppypxypxlpppC CXCxyC CYCyx第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)帶入模型的平衡方程，可得：必須與原模型保持一致，因此：1xlC CC巖土工程測(cè)試技術(shù)(

5、3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論11lXEXCC CCC CCCCC第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)同理可得：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）理論推導(dǎo)法-以彈性平面問(wèn)題為例3.1 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)mmmpPpLXLX1x lCCCK相似指標(biāo)：約束各相似常數(shù)的指標(biāo)這種組合稱為相似判據(jù)。原型與模型中有些量的組合是相等的，并等于一個(gè)定數(shù)，巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)量綱：物理量所屬的種類，可以有不同的單位，但只能有一個(gè)量綱?；玖烤V：獨(dú)立量綱。導(dǎo)出量綱：由多個(gè)基本量綱構(gòu)成的量綱。不同量綱不能進(jìn)行加減；任何一個(gè)正確的物理方程

6、，各項(xiàng)的量綱一定相同，稱為物理方程量綱的協(xié)調(diào)性。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)量綱分析的作用a.檢查所建立的方程的正確性；b.變換單位；c.確定正確的物理現(xiàn)象的有關(guān)物理量的合理形式；d.設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1 相似理論12( ,)0pf x xx第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)定理12(,)0p rFx 若物理方程：供含有p個(gè)物理量，其中r個(gè)是基本量，并保持量綱的協(xié)調(diào)性，則可寫為：式中： 1， 2，p-r，是由物理方程中的物理量所構(gòu)成的無(wú)量綱量，稱為相似判據(jù)。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1

7、 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)使用步驟a.從x1，x2，xp中按不同量綱選取r個(gè)，組成基本量群； 要求：是基本量綱或不能互相導(dǎo)出的量綱，且每個(gè)基本量綱在所選的 r個(gè)物理量中至少出現(xiàn)一次。b.將基本量群中的量綱的冪相乘作為分母；c.將其它沒(méi)被選入量群的物理量分別作為分子，構(gòu)成p-r個(gè)分式，每個(gè)分式為無(wú)量綱量，即相似判據(jù) 。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1 相似理論( , , , , , )0fEl 213FLlFLL第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)例子a.彈性力學(xué)表達(dá)式：靜力學(xué)只有2個(gè)基本量綱（L，M），r=2，由定理，則有5個(gè)獨(dú)立的相似判據(jù)。選 FL 和l：L為量群。則：-31,11

8、l為無(wú)量綱，所以：所以：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）量綱分析法3.1 相似理論3ElpmpmppmmEEll第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)例子4同理：pmppmmll21C1lCCC1Cpm1ElCCC因此：有：巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)4）單值條件3.1 相似理論第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)兩個(gè)模型相似的充要條件： 相似判據(jù)不變，單值條件相似。a.原型和模型的幾何條件相似；b.在研究過(guò)程中具有顯著意義的物理常數(shù)成比例；c.兩個(gè)系統(tǒng)初始條件相似；d.研究期間，兩個(gè)系統(tǒng)邊界條件相似。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)1）相似材料（配比試驗(yàn)）3.2 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)a.力學(xué)性質(zhì)與模擬對(duì)象相似；b

9、.實(shí)驗(yàn)過(guò)程力學(xué)性能穩(wěn)定；c.改變配比可以調(diào)整某些性質(zhì)以適應(yīng)相似條件的要求；d.制作方便，成型容易，凝固時(shí)間短；e.成本低，來(lái)源豐富。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)2）相似比3.2 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)a.非破壞試驗(yàn)b.破壞實(shí)驗(yàn)巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3）荷載相似與加載3.2 相似材料模擬實(shí)驗(yàn)第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)4）測(cè)量系統(tǒng)5）其他細(xì)節(jié)巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3.3 結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)()()1()()tpcpptmcmmC1pEmECE1lCCC第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)：采用與實(shí)體結(jié)構(gòu)相同的材料，按一定的比例縮小，不考慮體力影響，進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)。不受約束， Cl可任意選取。是相似材料模擬實(shí)驗(yàn)1C1EC 且不考慮體力時(shí)的特例。巖土工程測(cè)試技術(shù)(3)3.4 離心模型實(shí)驗(yàn)第三章：電阻應(yīng)變片測(cè)量