上海安亭科學(xué)儀器廠在文中介紹離心機(jī)新型串聯(lián)模型試驗(yàn)技術(shù)，先從離心機(jī)的基本原理介紹出發(fā)，總結(jié)分析以下內(nèi)容。
為解決以往離心機(jī)試驗(yàn)中將大型地質(zhì)物理模型過渡縮尺時(shí)無法與離心加速度相匹配的問題，上海安亭科學(xué)儀器廠在綜合分析以往離心試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有離心試驗(yàn)技術(shù)的不足，提出新型離心機(jī)串聯(lián)模型試驗(yàn)技術(shù)。該技術(shù)通過兩次量綱變換，即在模型設(shè)計(jì)階段，原型地質(zhì)體經(jīng)過第一次量綱變換至常規(guī)模型試驗(yàn)尺度(m )，然后經(jīng)過第二次量綱變換換算至離心模型試驗(yàn)尺度(n倍)，將模型縮小至原來的1/mn。第一次變換將模型進(jìn)行較大尺度的縮減，因此第二次將其變換至離心試驗(yàn)尺度時(shí)將具有較大的靈活度，能夠適應(yīng)承載能力較小的離心機(jī)模擬高程較大的地質(zhì)體的工作特征。此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了將天然地質(zhì)模型縮尺至離心機(jī)試驗(yàn)箱內(nèi)，并結(jié)合弱化巖土力學(xué)強(qiáng)度的方法，從而解決大尺度地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型模擬中存在的縮尺困難的問題。結(jié)合我國西南某水電站邊坡開展了初步驗(yàn)證，結(jié)果表明，串聯(lián)試驗(yàn)理論能較好地滿足大型離心機(jī)模型試驗(yàn)的要求，可再現(xiàn)大型地質(zhì)體變形破壞的整個(gè)過程，該技術(shù)較好地解決了蓄水過程中邊坡的變形模擬問題。
關(guān)鍵詞: 離心機(jī); 串聯(lián); 模型試驗(yàn); 相似理論
該種試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論在常規(guī)模型試驗(yàn)中取得了較好的效果，然而在離心模型試驗(yàn)中的應(yīng)用卻不盡人意，因此迫切需要開展新型試驗(yàn)理論的研究。上述研究均較好地解決了在材料選取及配置方面的技術(shù)問題，然而，相似理論仍然是制約大尺度離心模型試驗(yàn)方面的技術(shù)難題之一。本研究基于以往離心試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有離心試驗(yàn)技術(shù)的不足，首次提出新型離心機(jī)串聯(lián)模型試驗(yàn)技術(shù)。該技術(shù)通過兩次量綱變換實(shí)現(xiàn)了將天然地質(zhì)模型縮尺至離心機(jī)試驗(yàn)箱內(nèi)，從而解決大尺度地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型模擬中存在的縮尺困難的問題。
1、離心機(jī)運(yùn)行基本原理
根據(jù)離心機(jī)基本試驗(yàn)原理，當(dāng)模型縮小為原來的1/n倍時(shí)，離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)加速度應(yīng)為ng，以保持模型材料處于與原型材料相同的應(yīng)力狀態(tài)下。這種做法可較好地模擬邊坡受力破壞的整個(gè)過程。然而，通常情況下離心機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)加速度存在一個(gè)上限值，當(dāng)?shù)刭|(zhì)模型體尺寸較大時(shí)，可能無法真實(shí)地模擬其工作狀況。例如我國西南山區(qū)存在700 ～1 000m左右的工程高邊坡，即使采用目前國內(nèi)最大加載能力400gt(最大運(yùn)轉(zhuǎn)加速度通常為 250g)左右的離心機(jī)，結(jié)合模型箱(最大高度 2 m)也只能模擬500m左右的高邊坡，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到工程實(shí)用的要求。
本文在綜合分析以往離心機(jī)試驗(yàn)理論的基礎(chǔ)上認(rèn)為，可以通過兩次量綱變換實(shí)現(xiàn)對于復(fù)雜大尺度地質(zhì)體的模擬。在模型設(shè)計(jì)階段，原型地質(zhì)體經(jīng)過第一次量綱變換至常規(guī)模型試驗(yàn)尺度(m 倍)，然后經(jīng)過第二次量綱變換換算至離心模型試驗(yàn)尺度(n 倍)，經(jīng)過兩次量綱變換，模型縮小至原來的1 /mn。由于第一次變換通常可將模型進(jìn)行較大尺度的縮減，因此第二次將其變換至離心試驗(yàn)尺度時(shí)將具有較大的靈活度，能夠適應(yīng)承載能力較小的離心機(jī)模擬高程較大的地質(zhì)體的工作特征。
試驗(yàn)設(shè)計(jì)及相似變換由于此次邊坡原型尺寸過大以及現(xiàn)有離心試驗(yàn)技術(shù)限制，本次試驗(yàn)采用串聯(lián)模型來對模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換(即邊坡原型 常規(guī)模型離心機(jī)模型)。其流程是先通過地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)原理將邊坡原型轉(zhuǎn)化為常規(guī)模型 (縮小 6倍)，再根據(jù)離心機(jī)模型試驗(yàn)基本原理將常規(guī)模型轉(zhuǎn)化為離心機(jī)模型(縮小 100 倍)。
2、結(jié)果分析
結(jié)合試驗(yàn)前后對比可本文結(jié)合離心機(jī)模型試驗(yàn)提出了新型串聯(lián)相似理論，并將其應(yīng)用在傾倒變形體邊坡離心模型試驗(yàn)中，通過研究得出以下結(jié)論:
(1)新形成的串聯(lián)試驗(yàn)理論能較好地滿足大型離心機(jī)模型試驗(yàn)的要求。
(2)根據(jù)新型理論可再現(xiàn)大型地質(zhì)體變形破壞的整個(gè)過程。
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