基礎(chǔ)模型試驗三

基礎(chǔ)模型試驗PAGE14基礎(chǔ)模型試驗摘要：本文對于基礎(chǔ)模型試驗的基本原理、基本方法、應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問題和發(fā)展趨勢做了詳細的介紹，并由一工程實例闡述了基礎(chǔ)模型試驗的過程，就基礎(chǔ)模型試驗在實際巖土工程中的運用，也進行了一些探討。關(guān)鍵詞：相似理論基礎(chǔ)模型模型試驗1概述基礎(chǔ)模型試驗的理論與應(yīng)用一直是困擾巖土工程界研究、設(shè)計人員的一個問題。很多重要建筑及復(fù)雜基礎(chǔ)需要在設(shè)計以前進行受力、變形分析，很多工程又不可能在原體工程上進行極限狀態(tài)的試驗，大量的普通建筑基礎(chǔ)不可能都一一進行現(xiàn)場觀測與試驗，因此，基礎(chǔ)模型試驗研究的意義就越發(fā)重要。它雖不能替代原體工程測試結(jié)果，但可以摸索出基本受力特征和破壞特征，為設(shè)計提供極有參考價值的試驗數(shù)據(jù)，是定性分析的必要手段。準(zhǔn)確、真實的模型試驗是設(shè)計研究的重要依據(jù)。相反，不準(zhǔn)確、不真實的模型試驗卻可導(dǎo)致設(shè)計偏差而造成無法彌補的損失。因此掌握基礎(chǔ)模型試驗的理論和方法并能正確使用，是非常重要的。基礎(chǔ)模型試驗不同于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的模型試驗，它不能在相同條件下反復(fù)進行。它涉及的影響因素較復(fù)雜，結(jié)果較離散，確定參數(shù)較困難，這就從另一方面對模型試驗提出了更高的技術(shù)要求。基礎(chǔ)模型試驗研究可涉及各種基礎(chǔ)形式，如箱基、樁基、筏基、獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、支護結(jié)構(gòu)等；可涉及各類土地基，如砂土、粉土、甚至包括粘土；可涉及土靜力學(xué)、土動力學(xué)和水力學(xué)(見圖1)。這些問題均可應(yīng)用模型進行研究。2模型試驗的一般理論以相似理論為基礎(chǔ)的模型試驗（或稱模擬），首先對待研究的對象（原形）進行分析，列數(shù)學(xué)方程或羅列各影響參數(shù)，經(jīng)過相似轉(zhuǎn)換求出相似準(zhǔn)則；其次，考慮量測傳感器的尺寸和所需精度、試驗條件等因素，確定模型試驗的幾何縮比；第三，按各準(zhǔn)則來設(shè)計試驗?zāi)Ｐ停ㄔ囼炁_），試驗以后用準(zhǔn)則形式來處理試驗數(shù)據(jù)；最后，仍用相似理論確定試驗結(jié)果可擴大應(yīng)用的范圍?；A(chǔ)的模型試驗可劃分為兩類，一類是不真實的定量分析模型試驗，其特點與定性分析試驗相似，不含幾何尺寸因素影響，僅研究破壞狀態(tài)的基本特征，如土壓力理論的摩爾一庫侖定律等；另一類是真實定量分析模型試驗，研究基礎(chǔ)在正常使用狀態(tài)，即破壞以前狀態(tài)的基本特征，如壓板試驗等。對后一類模型試驗，模型設(shè)計必須滿足一定的相似條件。所謂相似就是模型與原型對某一物理過程產(chǎn)生的同名物理量之間均存在定比關(guān)系。模型理論就是要建立一些規(guī)則，以使原型的性能可以用模型性能的函數(shù)來表達，即確定原型與模型之間的相似準(zhǔn)數(shù)。確定相似準(zhǔn)效有兩種方法，即方程式分析法和量綱分析法。用方程式分析法推導(dǎo)相似準(zhǔn)數(shù)，只要描述現(xiàn)象的方程式正確，所獲得的相似準(zhǔn)數(shù)常常比較明顯地表示一定的物理意義，在推導(dǎo)過程中也不會遺漏某些物理量而導(dǎo)致不正確的結(jié)論。因此，這種方法比較確切可靠。然而在實踐中，所遇到的過程往往過于復(fù)雜，不能用分析的方法來建立方程式，因此無法用方程式分析法獲得相似準(zhǔn)數(shù)。此時量綱分析法成為求得相似準(zhǔn)數(shù)的唯一方法。量綱分析方法的依據(jù)是量綱分析的普遍理論--白金漢(Buckingham)π定理。定理內(nèi)容如下：設(shè)有一物理現(xiàn)象可以用一個量綱齊次方程來表示：(1)式中n是這個現(xiàn)象包括的物理量個數(shù)，q1是要估計的一個量，q2～qn是q1所依賴的量。根據(jù)π定理，包括n個物理量的量綱齊次方程可以用以n-N個獨立無量綱參數(shù)π1、π2、…πn-N完全表達出來，即π1=F(π2，π3，…πn-N)(2)逐式中擾的燈π順1渡～杠π示n-N恥是獨立的潛無量綱參糖數(shù)，它分膨別是物理秀量影q彎1高愧～殃q悉n默不同乘方揭的乘積三。競軌N明等于描述焰這些物理被量所需要績基本單位挎的個數(shù)。茅由于公曾式煉(2貨)警與公掛式礎(chǔ)(1渣)呆是相同的演，它描述詢同一物理夢現(xiàn)象，湯但孝(2臂)疤式是無量遼綱的形式撤。所以，穿如果要達甜到相似的孟話虎，睜(2始)乏式對原型講和模型必中須同樣有廊效。因此票，完全相挺似的充分米條件是：臟孤希險謹(jǐn)吧叨(速π烤1細)臂p狀=幸(箏π欠1籮)危m劣(酬π陰2曠)旬p度=嚼(床π謙2嶄)飄m恨逼三吳棚厭┇種廚帳女鄙濫懇（陽3柴）瞧(堡π屈n-N幟)廣p勢=這(或π據(jù)n-N莖)討m愉式中腳波標(biāo)查P選和謙m戰(zhàn)表示原型舟和模型。修其中豪第螞1層個方程通舅常稱為預(yù)欣期方程污，榜巷而其余方灣程組則為隙模型的設(shè)澤計條件朽。趕(3路)沿式就是相多似準(zhǔn)數(shù)關(guān)訂系式。師用量綱分輪析法來推私導(dǎo)相似準(zhǔn)酬效葉，謙糖是根據(jù)方茫程式量綱納和諧的原吊理出發(fā)的守，付橡它不要求網(wǎng)建立現(xiàn)象糞的方程式燙，駱筍而只要求征確定哪些帥物理量參箱加所研究毀的現(xiàn)象田，郵溫以及知道株量測這些儲量的單位橋系統(tǒng)的量鵲綱就夠了怠。疾原則上用勉上述方法旗都可以得現(xiàn)到模型的主相似準(zhǔn)數(shù)坊方程式。鍬但是由于選有些物理匯現(xiàn)象很復(fù)談雜，影響債因素很多嗚，很難完歷全考慮各就種因素的岔影響么，手躁很難求得第完全相似耕的條件。土無量綱參朋數(shù)既π恥1命可以用量呢綱分析的凈方法求得漸，但當(dāng)影痕響因素較燥多時，求潛解過程也盾較復(fù)雜嘴。啊π淺1困亦可根據(jù)菜工程經(jīng)驗護，考慮主物要影響因恨素來確定萄?；A(chǔ)模型試驗斤3瘋基礎(chǔ)模型眨試驗的基輔本原理、擴基本方法斑進行基礎(chǔ)淋模型試驗婚，應(yīng)從以總下三方面集考慮。唯3.1深膊幾何相似寒任何模型猾試驗都是震按一定幾古何比例關(guān)敬系設(shè)計的閥。以棚圖村2錢為例廣，偵啟某建筑物元基礎(chǔ)邊側(cè)助擬進行地升下連續(xù)墻著施工桿，屬路基槽邊側(cè)線距原有建烘筑基礎(chǔ)邊堂側(cè)距離糧為愉C匪，高老原基礎(chǔ)寬肢度商為偶B蓄，類婆基槽開挖和深度球為烤T婆。為了分為析研究基扭槽開挖對樓原有建筑斑的影響歐，揉斬需進行模云型試驗，薦可設(shè)：不云漠士（本4陷）鉛式中的角乞標(biāo)臘P往表示原體瞧工程幾何莖相似準(zhǔn)數(shù)副，左茫角州標(biāo)錘m平表示模型艦的幾何相竊似準(zhǔn)數(shù)。隙將網(wǎng)(4茫)壟式改變形春式，有本籌保塘?xí)裆危ê?奴）育式中洲，草i派為幾何比派例系數(shù)，結(jié)即宇為治π增定律中倒的竿π圈1壽，趣照它反映幾呼何相似準(zhǔn)蹄數(shù)的特征楚。爐3.2攻撕地基的模噸擬胳地基的模毅擬包括兩承方面界：程垃一是地基莊土材料性傻能的摸擬尤問題，二猛是地基的逐力學(xué)相似院問題。許宅多學(xué)者進補行地基基新礎(chǔ)模型試支驗傾向于清真實材料益試驗。德柏國鼓Gude漏hu吼s柄教授對圓幻形顆粒粉帆細砂和中慰砂的自相挨似特征進溝行了研究僻，仁郊提出了以堡下方法：加地基土的識材料宜控債制內(nèi)摩擦終角出、剪脹角餐、孔隙盤率違n斧(尾或孔隙乳比扮e五)嫩，即模型施試驗的三嘉項指標(biāo)與烏實體工程緩的三項指值標(biāo)完全相坡等，有：帳根據(jù)這種司地基土材東料假定所及進行的地袍基力學(xué)相塊似模擬效繞果較為理寫想拍,恒這主要指叼對以粉土桿、砂土為卡代表的地慘基土。根逆據(jù)鳴π壓定續(xù)律篇,敞應(yīng)確定地孩基的無量茄綱參數(shù)，綠即地基的籌力學(xué)相似恐準(zhǔn)數(shù)，設(shè)膀為索π半t燒，?。褐力邢騮敏=齡慘完健缸癥（劇6優(yōu)）塑式額中胳E績s癥—箱壓縮模量協(xié)；捆—燭重力密度首；突純駕t喪—足幾何尺寸庸。?；河谒卅形欢?，假羅定穿:（7）節(jié)在這里狹π狂2拉反映土性扣參數(shù)，為飽力學(xué)相似葉準(zhǔn)數(shù)。打3.3典錯基礎(chǔ)的模聯(lián)擬梁基礎(chǔ)的模紐擬，除了辦幾何相似譯以外，出承是力學(xué)相刷似問題，捧其相似準(zhǔn)要數(shù)的建立誦較地基相邊似準(zhǔn)數(shù)建桶立的研究殊要容易，遺這主要是戰(zhàn)借助于結(jié)固構(gòu)試驗研淚究的結(jié)果縮。布根據(jù)因次蕉分析，可夫?qū)⒒A(chǔ)的店抗彎剛度決與其彈性依長菊度鄙L相腫直接建立副關(guān)系，將附彈性長度疲與實際長呆度之間的錘比值作為界基礎(chǔ)力學(xué)蘋相似準(zhǔn)曬數(shù)故,膽設(shè)進:閘諷傭繭素（堤8淋）版式撈中頂陽L壞e不—梳彈性長度懂；貴L膊秧—殃實際長度謹(jǐn)；蠢E沈I件一抗彎剛塊度；索—們干土重力脫密度；宅彈性長賤度況L翠e飯與長嘩度灶L古的比值為吃無量綱的傻基礎(chǔ)的力望學(xué)相似準(zhǔn)面數(shù)，又有陪：幟手灘（縣9-乏1蹈）或他棒犁是（押9-附2匠）或傘斜頑品（檔9-緩3盼）由于荒=L嗽p怖/L峰m故衛(wèi)槳汁烤（溫9-負4圾）若則急凡折聰爆（閱9-竊5坦）腎根據(jù)以上去對地基和理基礎(chǔ)的幾源何與力學(xué)刷相似分析拖，估鑼現(xiàn)將抗彎魯剛度、彎腥矩、集中撒力、線性扣分布力、炸應(yīng)力的換逝算關(guān)系列課于忘表影1恒。沫表桑1錯名席梳冤稱錦單恩速廚位蜂條件：爛條件：謠長哪度箏L繞m哪L盈m盈=L育p紅/捕L調(diào)m淋=L拉p每/測剛導(dǎo)度徑EI置kN·m滋4冬EI碑m坑=EI漆p毒/桑5員EI腦m躁=EI途p系/雜·里5壁彎劍矩首M忍kN·m孝M盡m猶=M卻p瘡/垃4破M俘m撲=太M穩(wěn)p目/詢·忌4才集中塔力斗P戲kN靠P威m邀=P住p遣/斥3壩P東m航=P鈔p疑/序·蒼3石線形校力仰q督kN/m衰q搶m嘩=q錢p造/義3日q期m寧=q攻p旬/逼·喂3噸應(yīng)概力嫩σ性kN/m拌3反σ役m引=轟σ爪p穴/賴σ患m下=掌σ箏p溝/蔽·什重力密停度妹γ罵廟kN/m喬3您=時=盟/紡4舌矩應(yīng)用實例否為了詳盡夜說明地基藥基礎(chǔ)模型掏試驗的設(shè)戲計方法。鈔現(xiàn)舉一例味：致例：管某試驗項膝目預(yù)探討旅嵌入土意內(nèi)檢4貨m坊，懸臘出熊2.5芬m工，蠅φ妻400m漁m擁的鋼筋混址凝土樁的州水平受力火特征臨，釣濫要求設(shè)計胃模型試驗按。解：燙(1始)索直接有關(guān)啦的參數(shù)：漠重力密度炸，內(nèi)摩擦豬角式，雄芽剪脹角維，壓縮模時量淘E土s填，集中力秩與水平面疲的夾角陳，地面傾屋斜咱角顧β俗，單樁人婚土深紗度辨t請。單樁幾澤何尺央寸肉a×b頑(上或圓形截抵面直昌徑教d勵)余，單樁地確面以上高彎度賺h怕，集中作保用鋸力百P扛，懶甲單樁抗彎戰(zhàn)剛闖度她E搖I腳。饑(2鋪)插非直接有臺關(guān)參數(shù)：匙土顆粒粒伐徑辱d啊s鉛墨。多(3跨)倡無因次物樓理量；原子體工程與沉模型試驗皺完全相等詠的參數(shù)有陶：驕、邊、演、束、怕β替需要換算鍵的參數(shù)有果三組瓦，惹蔥分別為：、、鄙(4衰)裕設(shè)計原則若為力學(xué)相偏似原理，刪即所有銀無因次物普理傳量感丘值在原體貞工程和模賽型試驗中材完全相同章，璃螞包括彈性梨相似和應(yīng)撒力相似。治(5尊)庫幾何尺寸扇換算：稍h僅m重=h馬p錄/尸；仁t催m騎=t誼p爸/暫(6巨)飄力的換算就：則：才若絹佛=廟殿即遭=1劣涂則：摔(嘗見融表魔1)慎(濱7征)筆抗彎剛度詳?shù)膿Q算：責(zé)直接按紗式擋(賤9折—站5買)候，有環(huán)EI滔m奔=EI蹄p來/冊5圖(8灣)達結(jié)果吃模型比例貫=l版0婆，載壯有原體工程音D井p視=40槍cm輕h維p塑=25捏0cm念t姨p誼=400扛cm毛P和p移=25k部N模型試驗靈h工m己=25斑cm外t悔m堂=40木.0cm太P告m帥=25/林(10)悄3千=25×奶l0覽-3丙kN顧(9士)衡水平樁選價取死原體工爆程扛秋鋼筋混凝膊土歐。陷C2擺5裁混凝土枝，小若正常配筋塘。蠟(頸EI)槳p老=0.奪85E佳m館I鏈m好=0.8倉5×2.垮80×l膽0傍3醫(yī)×(1+槐5%)×爆=3.3掏×1嫁0拾8物(商kN·c嘩m的4赴)竄式猜中慣E鞠m嫂—崗混凝士彈僻性模量；望I役m愈—體截面慣性蝶矩；升d睛—斷樁徑。鎖模型試驗直，蠻湯鋼管乎，警懇按呈表碼l創(chuàng)(斯E1)惠m雹=(EI雜)僑p兇/10煌5菠=3.愛3×10采3丸(kN險·cm譽4顯)擋選須2雪2歪鋼棋管屋(員壁蒙厚廟1mm存)聾實釣際萄(牧EI)孫m膠=1.逝1×10闊4沖×嫂(狡2.2化2磁-2.達0鋒2礎(chǔ))=4.摔0×10擱3共(kN飼·cm)副原體工程蓬與模型試俗驗簡圖如殃圖勇3企。森5壺招發(fā)展現(xiàn)狀參基礎(chǔ)鎮(zhèn)模型試驗仆是研究工再程問題的濱重要方法莊。歡它雖不能等替代原體拋工程測試?yán)式Y(jié)果，但跑可以摸索醫(yī)出基本受乳力特征和言破壞特征過，為設(shè)計校提供極有但參考價值機的試驗數(shù)羞據(jù)，是定儉性分析的也重列要手段。絨今年來，咽基礎(chǔ)痰模型試驗火理論得到角一定發(fā)展害，尤其是滋在研究各刪種基礎(chǔ)形鏈?zhǔn)脚c地質(zhì)林體間相互博作用方面怕的課題很賢多。在實傾踐中，弟在大型橋頑梁橋墩設(shè)蹤計、海上擁作業(yè)平臺伴基礎(chǔ)設(shè)計漸、高層建蕉筑基礎(chǔ)設(shè)岡計等大型頑工程設(shè)計南過程中，戴其理論起愿了至關(guān)重皇要的作用贏，振基礎(chǔ)乏模型試驗買也是必不丸可少的一云個步驟。呈6零時存在的問犧題眉試驗實施念過程權(quán)中吳,包茄模型的制唱作、加載莫、量測等虜試驗條件削對試驗結(jié)刺果的正確禽性具有極布其重要的儉作用對于持結(jié)果可信叫度影響極河大。模型忙上的力學(xué)鏟現(xiàn)象相對能原型說來榮是近似脂的沈,織篇兩者不可鼠能完全相欺同。試驗每結(jié)果在多沾大程度上距能反映原眠型原力學(xué)項特綿征剛,印柄是一個很專值得探討火的問貞題染,濁車應(yīng)從兩個占方面進行鑰分析。一襲是從相似雞規(guī)律方童面繡,琴脖應(yīng)使相似等關(guān)系上保畏持正確性另；給一是試驗鮮條件方面益應(yīng)保持一窩定的試驗?zāi)昃茸R。跪7粉踐葡發(fā)展方向女基礎(chǔ)模型漂試驗隨著益設(shè)備的迅震速發(fā)展和番普及，以搞及模擬技熱術(shù)的提高揮，在巖土如工程中的希應(yīng)用將會奇越來越大察。其發(fā)展?jié)L趨勢可歸食納為以下拐幾個方面穴：果7樸.1外慢量測和數(shù)業(yè)據(jù)采集系致統(tǒng)懼梁誦能否從基勤礎(chǔ)模型中輔獲得更多瞎的信息和知可靠的數(shù)軍據(jù)，量測頓儀器和數(shù)同采系統(tǒng)是狡關(guān)鍵。精搏度寸高體積小謹(jǐn)對模型干免擾較小的龍傳感器如虹光纖傳感在器以及非慮接觸型量豪測技術(shù)的款研制將對局基礎(chǔ)模型紙試驗技術(shù)撲的發(fā)展有遣巨大的推娛動作用。業(yè)隨著有關(guān)譽技術(shù)的進陸一步發(fā)展您，基礎(chǔ)模逼型將能夠擋更準(zhǔn)確地誘再現(xiàn)原型裝特性。徐7舌.2柿墨相似比的種研究統(tǒng)跡馬任何一種醒物理模型考都不可能洲與原型完遼全等效，掃在基礎(chǔ)模離型試驗中饅，只有在械深入了解臘其物理機巷制和相似塘規(guī)律的基專礎(chǔ)上，才歪能作出對慧試驗數(shù)據(jù)魔的正確分叼析。對于旬幾何與力態(tài)學(xué)比尺不站同的試驗謎相似理論雕以及等效濱材料的選季取原則，初也在探討僻之中。膨7夾.3醒狂與數(shù)值模費擬相結(jié)合近基礎(chǔ)模型談試驗是研尿究、設(shè)計腹的重要輔養(yǎng)助手段。府基礎(chǔ)模型敢試驗將提踏供具有較冶高參考意飛義的數(shù)據(jù)聽，用于校很正目前所謎用的數(shù)值歇模型或建市立新的?；钚停岣吣瑪?shù)學(xué)模型永的預(yù)測能塌力。勺基礎(chǔ)模型犧試驗技術(shù)確在巖土工殖程中的應(yīng)句用還有不爺少不成熟糾的地方，南有許多問降題還待解庭決。但是蔑作為一種旬模型試驗燦手段，基赤礎(chǔ)模型試估驗?zāi)軌蚪颇M基砌礎(chǔ)在環(huán)境特條件（承躍受外力等蚊）下的大吹致反應(yīng)，屑可以在對攀基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)躬不產(chǎn)生損折壞的前提血下，一定告程度上預(yù)乎測基礎(chǔ)可歇能的破壞匠情況爭。奧假為實際施榴工中預(yù)防錫措施的設(shè)摔計提供一鐵定的顏實驗蓄依據(jù)。更遼為重要的溪是，試驗最時間較原歸型大大縮醫(yī)短，對長墨歷時巖土貌工程問題串進行研究隱。因此，肆它必將得俗到越來越蝕廣泛的應(yīng)逆用。結(jié)語蓬經(jīng)過了地皇下工程測悶試?yán)碚撆c己監(jiān)測技術(shù)誕課程的學(xué)棒習(xí)，在理紀(jì)論上對于剝地下工程檢中所運用宮的各種測盲試儀器和寄技術(shù)有了歐基本的了題解，加上活這次論文沙方式的結(jié)疏業(yè)考試，搭我學(xué)到了焦不少東西墻。在完成豐論文的過飯程中，亦蓮遇到了不咸少困難，媽主要表現(xiàn)鏟為關(guān)于基俗礎(chǔ)模型試夠驗的文章央較少，普兵遍都你是海200碎0窄年以前的受文章，有滑些穿插在姑一些與次去有一定聯(lián)兄系，但聯(lián)贊系不太密詢切的文章蛇里，且描漲述的很不慎詳細，可退見投身這腦個領(lǐng)域是朗大有可為潤的。為此釘我也到學(xué)俊校虹橋基吩本書庫和炕丁家橋圖即書館查閱冠了相關(guān)資泄料，力求助收集更多柜有用的信崇息?？偟闹粊碚f，這待次論文考蛋試給我提艙供了一次爬鍛煉信息虜收集能