岩土离心机建模

岩土离心机建模是一种用于测试岩土工程系统的物理比例模型的技术，例如天然和人造斜坡和挡土结构以及建筑物或桥梁基础。比例模型通常在实验室中构建，然后加载到离心机的末端，离心机的半径通常在0.2到10米（0.7到32.8英尺）之间。在离心机上旋转模型的目的是增加模型上的g力，使模型中的应力等于原型中的应力。例如，在50g的离心加速度下旋转的0.1米深（0.3英尺）的模型土壤层下产生的应力相当于地球上5米深（16英尺）的原型土壤层下的应力。重力。使用离心加速度来模拟增加的重力加速度的想法是由菲利普斯（1869年）首先提出的。苏联的Pokrovsky和​​Fedorov(1936)和美国的Bucky(1931)是最早实施这一想法的人。AndrewN.Schofield（例如Schofield1980）在离心机建模的现代发展中发挥了关键作用。

岩土离心机用于测试岩土问题模型，例如桥梁和建筑物基础的强度、刚度和承载力、路堤的沉降、边坡的稳定性、挡土结构、隧道稳定性和海堤的稳定性。其他应用包括爆炸坑、地下水中的污染物迁移、冻胀和海冰。离心机可用于对任何以重力为主要驱动力的大规模非线性问题进行比例建模。

诸如土壤和岩石之类的岩土材料具有取决于有效围压和应力历史的非线性力学特性。离心机将增加的重力加速度应用于物理模型，以便在模型和原型中产生相同的自重应力。应力的一对一缩放提高了岩土模型的相似性，并使得获得准确的数据成为可能，以帮助解决复杂的问题，例如地震引起的液化、土壤-结构相互作用和污染物（如稠密非水相液体）的地下传输.离心机模型测试提供了数据，以提高我们对变形和失效的基本机制的理解，并为验证数值模型提供了有用的基准。其他数量的缩放（这部分显然需要工作！）能量、力、压力、加速度、速度等的比例因子。请注意，应力具有压力单位或每单位面积的力。因此我们可以证明代入F=m∙a（牛顿定律，力=质量∙加速度）和r=m/L3（来自质量密度的定义）。许多其他量的比例因子可以从上述关系中得出。下表总结了离心机测试的常见比例因子。离心机模型测试的比例因子（来自Garnier等人，2007年）（建议在此处添加表格）

大地震很少发生且不可重复，但它们可能是毁灭性的。所有这些因素使得很难获得所需的数据来通过地震后现场调查研究其影响。全尺寸结构的仪器在大地震之间可能经过的很长一段时间内的维护成本很高，并且仪器可能不会放置在最科学有用的位置。即使工程师很幸运能够及时记录真实故障的数据，也不能保证仪器提供可重复的数据。此外，真正地震造成的科学教育失败是以牺牲公众安全为代价的。可以理解的是，在真正的地震之后，离心机建模是研究地面震动对关键结构的影响而不危及公众安全的宝贵工具。替代设计或抗震改造技术的功效可以在可重复的科学系列测试中进行比较。

离心机测试也可用于获取实验数据以验证设计程序或计算机模型。近几十年来计算能力的快速发展已经彻底改变了工程分析。已经开发了许多计算机模型来预测地震和其他载荷期间岩土结构的行为。在可以放心使用计算机模型之前，必须根据证据证明它是有效的。例如，自然地震提供的微薄且不可重复的数据通常不足以用于此目的。由于土壤行为的复杂性，通过计算算法验证假设的有效性在岩土工程领域尤为重要。土壤表现出高度非线性行为，它们的强度和刚度取决于它们的应力历史和孔隙流体中的水压，所有这些都可能在地震引起的加载过程中发生变化。旨在模拟这些现象的计算机模型非常复杂，需要大量验证。来自离心机测试的实验数据可用于验证计算算法所做的假设。如果结果显示计算机模型不准确，则离心机测试数据可提供对物理过程的洞察力，进而促进更好的计算机模型的开发。来自离心机测试的实验数据可用于验证计算算法所做的假设。如果结果显示计算机模型不准确，则离心机测试数据可提供对物理过程的洞察力，进而促进更好的计算机模型的开发。来自离心机测试的实验数据可用于验证计算算法所做的假设。如果结果显示计算机模型不准确，则离心机测试数据可提供对物理过程的洞察力，进而促进更好的计算机模型的开发。