巖土離心機建模

巖土離心機建模是一種用于測試巖土工程系統的物理比例模型的技術，例如天然和人造斜坡和擋土結構以及建筑物或橋梁基礎。比例模型通常在實驗室中構建，然后加載到離心機的末端，離心機的半徑通常在0.2到10米（0.7到32.8英尺）之間。在離心機上旋轉模型的目的是增加模型上的g力，使模型中的應力等于原型中的應力。例如，在50g的離心加速度下旋轉的0.1米深（0.3英尺）的模型土壤層下產生的應力相當于地球上5米深（16英尺）的原型土壤層下的應力。重力。使用離心加速度來模擬增加的重力加速度的想法是由菲利普斯（1869年）首先提出的。蘇聯的Pokrovsky和??Fedorov(1936)和美國的Bucky(1931)是最早實施這一想法的人。AndrewN.Schofield（例如Schofield1980）在離心機建模的現代發展中發揮了關鍵作用。

巖土離心機用于測試巖土問題模型，例如橋梁和建筑物基礎的強度、剛度和承載力、路堤的沉降、邊坡的穩定性、擋土結構、隧道穩定性和海堤的穩定性。其他應用包括爆炸坑、地下水中的污染物遷移、凍脹和海冰。離心機可用于對任何以重力為主要驅動力的大規模非線性問題進行比例建模。

諸如土壤和巖石之類的巖土材料具有取決于有效圍壓和應力歷史的非線性力學特性。離心機將增加的重力加速度應用于物理模型，以便在模型和原型中產生相同的自重應力。應力的一對一縮放提高了巖土模型的相似性，并使得獲得準確的數據成為可能，以幫助解決復雜的問題，例如地震引起的液化、土壤-結構相互作用和污染物（如稠密非水相液體）的地下傳輸.離心機模型測試提供了數據，以提高我們對變形和失效的基本機制的理解，并為驗證數值模型提供了有用的基準。其他數量的縮放（這部分顯然需要工作！）能量、力、壓力、加速度、速度等的比例因子。請注意，應力具有壓力單位或每單位面積的力。因此我們可以證明代入F=m?a（牛頓定律，力=質量?加速度）和r=m/L3（來自質量密度的定義）。許多其他量的比例因子可以從上述關系中得出。下表總結了離心機測試的常見比例因子。離心機模型測試的比例因子（來自Garnier等人，2007年）（建議在此處添加表格）

大地震很少發生且不可重復，但它們可能是毀滅性的。所有這些因素使得很難獲得所需的數據來通過地震后現場調查研究其影響。全尺寸結構的儀器在大地震之間可能經過的很長一段時間內的維護成本很高，并且儀器可能不會放置在最科學有用的位置。即使工程師很幸運能夠及時記錄真實故障的數據，也不能保證儀器提供可重復的數據。此外，真正地震造成的科學教育失敗是以犧牲公眾安全為代價的。可以理解的是，在真正的地震之后，離心機建模是研究地面震動對關鍵結構的影響而不危及公眾安全的寶貴工具。替代設計或抗震改造技術的功效可以在可重復的科學系列測試中進行比較。

離心機測試也可用于獲取實驗數據以驗證設計程序或計算機模型。近幾十年來計算能力的快速發展已經徹底改變了工程分析。已經開發了許多計算機模型來預測地震和其他載荷期間巖土結構的行為。在可以放心使用計算機模型之前，必須根據證據證明它是有效的。例如，自然地震提供的微薄且不可重復的數據通常不足以用于此目的。由于土壤行為的復雜性，通過計算算法驗證假設的有效性在巖土工程領域尤為重要。土壤表現出高度非線性行為，它們的強度和剛度取決于它們的應力歷史和孔隙流體中的水壓，所有這些都可能在地震引起的加載過程中發生變化。旨在模擬這些現象的計算機模型非常復雜，需要大量驗證。來自離心機測試的實驗數據可用于驗證計算算法所做的假設。如果結果顯示計算機模型不準確，則離心機測試數據可提供對物理過程的洞察力，進而促進更好的計算機模型的開發。來自離心機測試的實驗數據可用于驗證計算算法所做的假設。如果結果顯示計算機模型不準確，則離心機測試數據可提供對物理過程的洞察力，進而促進更好的計算機模型的開發。來自離心機測試的實驗數據可用于驗證計算算法所做的假設。如果結果顯示計算機模型不準確，則離心機測試數據可提供對物理過程的洞察力，進而促進更好的計算機模型的開發。