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1、高等土力学课件高等土力学课件11室内试验室内试验12模型试验模型试验1 土工试验与测试土工试验与测试(a)(a)土体滑坡土体滑坡 (b)(b)挡土墙挡土墙 (c)(c)地基失稳地基失稳图图1.1-1 1.1-1 土体破坏示意图土体破坏示意图1.1 1.1 室内试验室内试验直剪试验直剪试验抗剪强度参数：抗剪强度参数：第1页/共46页刚性单剪仪（常规单剪仪）刚性单剪仪（常规单剪仪）刚性直剪仪是土力学中最古老的仪器之一。刚性直剪仪是土力学中最古老的仪器之一。刚性单剪仪的刚性单剪仪的主要优点：主要优点：直观、简便、经济，尤其对于砂土和渗透系数直观、简便、经济，尤其对于砂土和渗透系数k10k 0 0。水
2、剪或慢剪水剪或慢剪(CC)(CC)强度指标强度指标 d d 和和C Cd d很明显第三种方法求得的强度最高，第二种次之，第一种最低。很明显第三种方法求得的强度最高，第二种次之，第一种最低。第9页/共46页优点：优点：可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；可模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；可模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；可以很好地控制排水条件；可以很好地控制排水条件；不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。主要缺点：主要缺点：两个主应力两个主应力2 2，3 3总是相等。总是相等
3、。1 土工试验与测试土工试验与测试第10页/共46页 常规静三轴仪只能对小尺寸试样常规静三轴仪只能对小尺寸试样50100mm50100mm进行试验，一般适用细颗粒土。进行试验，一般适用细颗粒土。对于粗颗粒填料，需采用大型粗粒土三轴剪对于粗颗粒填料，需采用大型粗粒土三轴剪切试验机，下图是中南大学土木工程学院的切试验机，下图是中南大学土木工程学院的SZ304SZ304型粗粒土三轴剪切试验机型粗粒土三轴剪切试验机主要技术参数：试样尺寸主要技术参数：试样尺寸300600mm300600mm；最大；最大轴压轴压750KN750KN；最大围压；最大围压4Mpa4Mpa；孔隙水压力；孔隙水压力1.0Mpa1
4、.0Mpa。1 土工试验与测试土工试验与测试第11页/共46页动三轴试验动三轴试验 为了测定循环加载情况下土的动力特性，在常规静三轴仪基础上，在轴向增加为了测定循环加载情况下土的动力特性，在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统，动三轴试验。激振系统，动三轴试验。动三轴试样的应力状态和典型试验曲线见下图。动三轴试样的应力状态和典型试验曲线见下图。1 土工试验与测试土工试验与测试 动三轴试样的应力状态和典型动三轴试样的应力状态和典型试验曲线见右图所示。试验曲线见右图所示。用这种试验可从确定土的用这种试验可从确定土的动模动模量、阻尼比、动强度量、阻尼比、动强度和确定饱和土的和确定饱和土的抗液化剪应
5、力抗液化剪应力等。等。第12页/共46页中南大学中南大学TAJ2000TAJ2000大型动三轴试验仪大型动三轴试验仪主要技术参数：试样尺寸主要技术参数：试样尺寸300600mm300600mm；振动频率；振动频率0.120Hz0.120Hz；最大轴力：静态；最大轴力：静态2000kN2000kN、动态、动态1000kN1000kN；最大围压最大围压:静态静态10Mpa10Mpa、动态、动态1MPa1MPa；最大孔隙水压力；最大孔隙水压力3MPa3MPa；变形测量范围变形测量范围0100mm0100mm；位移测量范围；位移测量范围0300mm0300mm；体变测量范围：；体变测量范围：01000
6、0ml010000ml。1 土工试验与测试土工试验与测试第13页/共46页共振柱试验共振柱试验 共振柱试验的原理是通过激共振柱试验的原理是通过激振系统，使试样发生振动，调节振系统，使试样发生振动，调节激振频率，直至试样发生共振。激振频率，直至试样发生共振。从而确定弹性波在试样中传播的从而确定弹性波在试样中传播的速度，计算试样的速度，计算试样的弹性模量、剪弹性模量、剪切模量和阻尼比切模量和阻尼比。1 土工试验与测试土工试验与测试第14页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试试样可以是一端固定，一端自由；或者一端固定，试样可以是一端固定，一端自由；或者一端固定，另一端为弹簧和阻尼器支承。试样在
7、压力室中可能是另一端为弹簧和阻尼器支承。试样在压力室中可能是各向等压应力状态；也可以是轴向与侧向压力不等的各向等压应力状态；也可以是轴向与侧向压力不等的应力状态。应力状态。共振柱试验的试样可共振柱试验的试样可以是实心圆柱形，也可以是实心圆柱形，也可以是空心圆柱形的。以是空心圆柱形的。第15页/共46页1.2 1.2 模型试验模型试验 直接在结构即原型上进行的实验，称为直接在结构即原型上进行的实验，称为原型实验原型实验；在按照原型设计的模型上进；在按照原型设计的模型上进行的实验，则称为行的实验，则称为模型实验模型实验。一般说来，前者比后者更为真实。但在进行研究或对新。一般说来，前者比后者更为真实
8、。但在进行研究或对新设计方案进行比较，或者由于种种原因而不能进行原型实验时，模型实验就成为重要设计方案进行比较，或者由于种种原因而不能进行原型实验时，模型实验就成为重要的手段。的手段。使模型和原型相似所根据的理论，称为使模型和原型相似所根据的理论，称为模型理论模型理论，它的基础是，它的基础是相似理论相似理论。模型试验一直是岩土工程中的一种重要研究手段，它既可用来检验各种理论分模型试验一直是岩土工程中的一种重要研究手段，它既可用来检验各种理论分析和数值计算的结果，也可用来直接指导实际工程的设计和施工。析和数值计算的结果，也可用来直接指导实际工程的设计和施工。1 土工试验与测试土工试验与测试第16
9、页/共46页下的模型试验下的模型试验 在通常的重力场中（在通常的重力场中（1g1g），在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，），在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，量测有关应力应变、位移或沉降等数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论量测有关应力应变、位移或沉降等数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果。计算结果。模型试验分为：模型试验分为：小比尺模型试验小比尺模型试验和和足尺模型试验足尺模型试验（大比尺模型试验）（大比尺模型试验）小比尺试验：小比尺试验：将土工建筑物或地基及基础缩小将土工建筑物或地基及基础缩小n n倍，自重和荷载及应力水平同样倍，自重和荷载及
10、应力水平同样也缩小也缩小n n倍。倍。足尺模型试验：足尺模型试验：模型的几何尺寸和试验荷载等与原型差不多，即比尺接近模型的几何尺寸和试验荷载等与原型差不多，即比尺接近1:11:11 土工试验与测试土工试验与测试第17页/共46页（一）相似理论概念（一）相似理论概念 众所周知，自然界中许许多多的物理现象的研究都是凭借相似模拟试验的手段众所周知，自然界中许许多多的物理现象的研究都是凭借相似模拟试验的手段来实现的，而试验结果的精度如何，则是由试验模型与物理原型之间的相似程度所决来实现的，而试验结果的精度如何，则是由试验模型与物理原型之间的相似程度所决定的。定的。为了使模型实验现象尽可能地反映出实物（
11、为了使模型实验现象尽可能地反映出实物（原型原型）发生的现象，应严格按照相）发生的现象，应严格按照相似理论来确定模型实验的几何尺寸和物理特性。似理论来确定模型实验的几何尺寸和物理特性。但一般情况下，特别是岩土工程试验，很难使原型与模型各方面都相似，有时但一般情况下，特别是岩土工程试验，很难使原型与模型各方面都相似，有时只能针对主要研究的问题，使某些方面相似，而忽略其它方面只能针对主要研究的问题，使某些方面相似，而忽略其它方面(抓主要矛盾抓主要矛盾)。1 土工试验与测试土工试验与测试第18页/共46页相似常数（相似系数）：相似常数（相似系数）：相似现象的同一物理量之比，称为相似常数，或称相似系数。
12、相似现象的同一物理量之比，称为相似常数，或称相似系数。C Cx x=模型物理量模型物理量X Xm m/原型物理量原型物理量X Xo o,如几何相似常数如几何相似常数C CL L=L=Lm m/L/Lo o相似指标：相似指标：两个系统中的相似常数之间的关系式称为相似指标。若两个系统相似，两个系统中的相似常数之间的关系式称为相似指标。若两个系统相似，则相似指标为则相似指标为1 1。相似判据：相似判据：相似现象各物理量之间，也存在某种关系式，称为相似判据。相似现象各物理量之间，也存在某种关系式，称为相似判据。求相似判据的方法：求相似判据的方法：方程式分析法（包括积分类比法）、量纲分析法方程式分析法（
13、包括积分类比法）、量纲分析法1 土工试验与测试土工试验与测试第19页/共46页 相似第一定律：相似第一定律：相似现象用相同的方程式描述。彼此相似的现象，其相似指标相似现象用相同的方程式描述。彼此相似的现象，其相似指标等于等于1,1,其相似判据的数值相等。即彼此相似的现象，单值条件相同，其相似判据也相其相似判据的数值相等。即彼此相似的现象，单值条件相同，其相似判据也相同。同。属于单值条件的因素有：几何参数、重要物理参数、起始状态、边界条件等。属于单值条件的因素有：几何参数、重要物理参数、起始状态、边界条件等。相似第二定律：相似第二定律：当一个现象由当一个现象由n n个物理量的函数关系来表示，且这
14、些物理量中含个物理量的函数关系来表示，且这些物理量中含有有m m种基本量纲时，则能得到（种基本量纲时，则能得到（n-mn-m）个相似判据。）个相似判据。1 土工试验与测试土工试验与测试第20页/共46页相似第三定律：相似第三定律：凡具有同一特性的现象，当单值条件彼此相似，且由单值条件的凡具有同一特性的现象，当单值条件彼此相似，且由单值条件的物理量组成的相似判据在数值上相等，则就此现象必定相似。或者说，单值条件相似，物理量组成的相似判据在数值上相等，则就此现象必定相似。或者说，单值条件相似，且从它导出的相似判据的数值相等，是现象彼此相似的充分和必要条件。且从它导出的相似判据的数值相等，是现象彼此
15、相似的充分和必要条件。以上是模型设计和获得相似量必须遵循的法则。以上是模型设计和获得相似量必须遵循的法则。1 土工试验与测试土工试验与测试第21页/共46页（二）模型试验设计实例（二）模型试验设计实例 下面某地区狮子山第二根抗滑桩现场实验为原型，按照相似理论来确定抗滑桩下面某地区狮子山第二根抗滑桩现场实验为原型，按照相似理论来确定抗滑桩模型实验的几何尺寸和主要物理力学参数。模型实验的几何尺寸和主要物理力学参数。1 土工试验与测试土工试验与测试第22页/共46页 (1)(1)相似率的决定和模拟锚固土层砂样的选取相似率的决定和模拟锚固土层砂样的选取 由相似理论可知，两个系统相似的充分必要条件是一个
16、系统的数学模型由一一由相似理论可知，两个系统相似的充分必要条件是一个系统的数学模型由一一变换与另一系统的数学模型相联系，也就是说通过调试模型各参数的比例尺，使得模变换与另一系统的数学模型相联系，也就是说通过调试模型各参数的比例尺，使得模型和实物满足共同的方程式。型和实物满足共同的方程式。下面就是关于抗滑桩模型试验相似率方面的计算。下面就是关于抗滑桩模型试验相似率方面的计算。1 土工试验与测试土工试验与测试第23页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试基本思路：基本思路：抗滑桩工程原型抗滑桩工程原型抗滑桩模型试验示意抗滑桩模型试验示意第24页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试(a)(
17、a)桩的微分方程桩的微分方程 （1-11-1）其中其中E E、I I、B B、WW分别为桩的抗弯模量、惯性矩、宽度和水平位移；分别为桩的抗弯模量、惯性矩、宽度和水平位移；KK地基系地基系数；数；qq单位高度上的水平荷载；单位高度上的水平荷载；yy桩任一点离地表的距离。桩任一点离地表的距离。对于桩的锚固段来说，由于岩土性质一般较好，加上在模型实验里尺寸不大，地对于桩的锚固段来说，由于岩土性质一般较好，加上在模型实验里尺寸不大，地基系数不会有大的变化，所以在这里基系数不会有大的变化，所以在这里K K取常数。至于取常数。至于q q，对于锚固段来说为零值。，对于锚固段来说为零值。第25页/共46页1
18、土工试验与测试土工试验与测试（b b）采用相似理论积分类比法求相似判据采用相似理论积分类比法求相似判据 去掉（去掉（1-11-1）式的微分符号，则（）式的微分符号，则（1-11-1）化成）化成:化成无量纲表达式化成无量纲表达式:得到相似判据得到相似判据:即即 （1-21-2）其中其中 C C表示各参数的相似比，如表示各参数的相似比，如C CB B=B=Bm m/B/Bo o;E;E、I I、B B、WW分别为桩的抗弯模量、惯性矩、宽度和水平位移；分别为桩的抗弯模量、惯性矩、宽度和水平位移；KK地基系数；地基系数；qq单位高度上的水平荷载；单位高度上的水平荷载；yy桩任一点离地表的距离桩任一点离
19、地表的距离第26页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试地基系数的相似比：地基系数的相似比：抗弯刚度的相似比：抗弯刚度的相似比：抗滑桩宽度的相似比：抗滑桩宽度的相似比：抗滑桩锚固长度相似比：抗滑桩锚固长度相似比：以上，下标以上，下标0 0表示原型的数据、表示原型的数据、m m表示模型的数据。表示模型的数据。由（由（1-21-2）解得：）解得：即即 第27页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试(1)(1)参考狮子山第二根抗滑桩实验数据参考狮子山第二根抗滑桩实验数据 桩宽度桩宽度 Bo=0.8m,(EI)o=2.9410Bo=0.8m,(EI)o=2.94109 9 N.m N.m 地基
20、系数的比例系数地基系数的比例系数 m=2.9410m=2.94106 6 kN.m kN.m Lo=10m,Ko=1.47 Lo=10m,Ko=1.472.156102.156106 6 kN.mkN.m3 3 模型桩采用空心方形有机玻璃桩，其几何尺寸：模型桩采用空心方形有机玻璃桩，其几何尺寸：桩长桩长L Lm m=100cm,=100cm,，边长，边长B Bm m=3.8cm,=3.8cm,壁厚壁厚t=0.55cmt=0.55cm 其它计算结果见表其它计算结果见表1-11-1截面尺寸截面尺寸惯性矩惯性矩抗弯模量抗弯模量壁厚壁厚t(cm)0.5512.9480.04750.10.0242表表1
21、-1 1-1 抗滑桩模型试验相似参数计算抗滑桩模型试验相似参数计算第28页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试 上表中求得的上表中求得的KmKm即为在所选定桩下，模型实验制备时锚固层介质必须满足的地即为在所选定桩下，模型实验制备时锚固层介质必须满足的地基系数。基系数。根据实验室现存的几种砂，考虑到的要求和将来便于施加超载，砂的地基系数根据实验室现存的几种砂，考虑到的要求和将来便于施加超载，砂的地基系数随深度变化的比例系数随深度变化的比例系数m m不能过大，取最大粒径不超过不能过大，取最大粒径不超过3mm3mm。再考虑到以后超载在砂面上的压实作用，模型再考虑到以后超载在砂面上的压实作用，模
22、型用密砂装填。用密砂装填。为满足以上要求以及实际填装砂的情况，测得为满足以上要求以及实际填装砂的情况，测得实验用砂的密度为实验用砂的密度为=1.684g/m=1.684g/m3 3。查得此砂地基系。查得此砂地基系数随深度变化的比例系数数随深度变化的比例系数m=1.962.9410m=1.962.94104 4kN/mkN/m4 4。第29页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试(2)Km(2)Km的保障和超载的确定的保障和超载的确定 为了使锚固层的为了使锚固层的K Km m保证在保证在3.565.21103.565.21104 4kN/mkN/m3 3之间，实验模型锚固层顶面必须之间，实验
23、模型锚固层顶面必须施以施以超载超载，此超载又可近似地认为滑坡体对锚固层的压力。满足，此超载又可近似地认为滑坡体对锚固层的压力。满足K Km m的超载大小可通过的超载大小可通过下面的计算得到。下面的计算得到。因为因为 K Km m=mL=mLm m,得得:L:Lm m=K=Km m/m /m （1-31-3）由于由于 K Km m和和m m为上述已确定的已知值：为上述已确定的已知值：K Km m=3.56=3.56 5.21104kN/m35.21104kN/m3，m=1.96m=1.96 2.94104kN/m42.94104kN/m4 为了计算为了计算LmLm，取其平均值，代入式（，取其平均
24、值，代入式（1-31-3）中）中,得：得：第30页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试故锚固层顶面要满足的超载集度故锚固层顶面要满足的超载集度:(3)(3)实验中模拟下滑力加载位置的确定实验中模拟下滑力加载位置的确定 根据上面的计算和有关讨论，选定模型桩和合适土样后，从桩的各变量微分方根据上面的计算和有关讨论，选定模型桩和合适土样后，从桩的各变量微分方程，应用相似理论，可以找出原型和模型桩的几何、位移内力之间的相似系数的关程，应用相似理论，可以找出原型和模型桩的几何、位移内力之间的相似系数的关系，利用它们可以确定实验中加载的位置。系，利用它们可以确定实验中加载的位置。倒过来说，实验中的水
25、平侧向力施于何处，能使锚固层处桩截面的剪力和弯距倒过来说，实验中的水平侧向力施于何处，能使锚固层处桩截面的剪力和弯距以及位移按一定的相互关系变化，以便满足我们采用的相似关系。以及位移按一定的相互关系变化，以便满足我们采用的相似关系。第31页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试“实验中的水平侧向力施于何处实验中的水平侧向力施于何处”这一点很重要的，因为滑动面处桩截面各量不这一点很重要的，因为滑动面处桩截面各量不但要求相似于原型桩的特性，而且它又是滑动面以下的初始值，其重要地位可想而但要求相似于原型桩的特性，而且它又是滑动面以下的初始值，其重要地位可想而知。下面就此作较为详细的推导。知。下面
26、就此作较为详细的推导。由于模型桩（由于模型桩（m m）和原型抗滑桩（）和原型抗滑桩（o o）的挠曲线相似，则在任一深度）的挠曲线相似，则在任一深度y y处有处有第32页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试桩的微分方程桩的微分方程（Q Q为剪力，其它符号同前为剪力，其它符号同前 ）：）：化右边方程为化右边方程为无量纲形式无量纲形式：解得解得由由(1-3a),根据根据相似理论得相似理论得：其中其中(1-3a)(1-4)(1-5)(1-6)(1-7)第33页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试式（式（1-71-7）和前面导得的（）和前面导得的（1-31-3）吻合）吻合C CK K、C C
27、E E、C CEIEI在表在表1-11-1中已求得，为已知值。中已求得，为已知值。将（将（1-51-5）和（）和（1-61-6）两式左右对应相除，得：）两式左右对应相除，得：即即:(1-8)取取Q Qo o、Q Qm m和和M Mo o、M Mm m锚固层即滑动面处桩的内力值，参考狮子山第二根抗滑桩数据锚固层即滑动面处桩的内力值，参考狮子山第二根抗滑桩数据M Mo o，Q Qo o=24.4t=24.4t，之所以取这两个值，是因为在现场测试中，当滑动面处剪力，之所以取这两个值，是因为在现场测试中，当滑动面处剪力QQoQQo、弯距、弯距MMoMMo时，地表土层开始破坏，桩身开始出现裂缝，所以由时
28、，地表土层开始破坏，桩身开始出现裂缝，所以由MoMo和和QoQo算得的算得的M Mm m和和Q Qm m可作为最可作为最大内力参考值，相应得到的外荷为最大下滑力的参考值。大内力参考值，相应得到的外荷为最大下滑力的参考值。第34页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试在模型实验中在模型实验中M Mm m=PL=PLm m=Q=Qm mLLm m，其中，其中L Lm m为下滑力合力为下滑力合力P P距锚固层面的高度，距锚固层面的高度，如右下图所示。如右下图所示。又知又知C Cy y=C=CL L=1/10=1/10，将以上数据代入（，将以上数据代入（3-83-8）式：）式：得：得：L Lm m
29、=0.358m=35.8cm=0.358m=35.8cm所以实验中必须控制所以实验中必须控制P P的高度在的高度在35353636厘米内厘米内才能在滑面处得到相似要求的弯距、剪力和变位。才能在滑面处得到相似要求的弯距、剪力和变位。第35页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试（4)4)抗滑桩模型试验装置抗滑桩模型试验装置 根据上述相似理论确定的模型参数，结合实验中要测试的关键变量（内力和位根据上述相似理论确定的模型参数，结合实验中要测试的关键变量（内力和位移）来制做模型。移）来制做模型。实验模型装置由五大部分组成，它们分别是：模型槽、超载系统、侧向施力系实验模型装置由五大部分组成，它们分别
30、是：模型槽、超载系统、侧向施力系统、应变测量系统，见下图。统、应变测量系统，见下图。第36页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试（三）铁路路基动力试验足尺模型试验介绍（三）铁路路基动力试验足尺模型试验介绍 中南大学土木工程学院依托中南大学土木工程学院依托“高速铁路建筑技术国家工程实验室高速铁路建筑技术国家工程实验室”和和“重载铁重载铁路工程结构教育部重点实验室路工程结构教育部重点实验室”，设计和建造了重载铁路路基足尺，设计和建造了重载铁路路基足尺(1:1)(1:1)模型动力试模型动力试验系统，包括：验系统，包括：重载列车作用仿真加载系统重载列车作用仿真加载系统 1:11:1重载铁路路基模
31、型重载铁路路基模型 路基动力响应测试系统路基动力响应测试系统第37页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试 重载列车动力仿真加载系统重载列车动力仿真加载系统 重载列车作用仿真加载系统设计原理重载列车作用仿真加载系统设计原理为了能比较好地模拟重载列车运行时作用在路基上竖向荷载，通过几个竖向作动为了能比较好地模拟重载列车运行时作用在路基上竖向荷载，通过几个竖向作动器共同工作来近似模拟重载列车运行荷载的作用，如下图所示。器共同工作来近似模拟重载列车运行荷载的作用，如下图所示。第38页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试通过连续并列安装的通过连续并列安装的5 5个作动器，按一定的相位差（相位
32、差由列车运行速度和两轨个作动器，按一定的相位差（相位差由列车运行速度和两轨枕间距确定）出力，即可以模拟出相邻轨枕列车荷载在路基中产生的应力叠加，又可枕间距确定）出力，即可以模拟出相邻轨枕列车荷载在路基中产生的应力叠加，又可反映列车的运行速度，可较好的模拟重载列车对路基的动力作用。反映列车的运行速度，可较好的模拟重载列车对路基的动力作用。重载列车作用仿真加载系统组成结构重载列车作用仿真加载系统组成结构 重载列车作用仿真加载系统主要包括以下部分：重载列车作用仿真加载系统主要包括以下部分：（1 1）5 5套作动器、（套作动器、（2 2）5 5套刚性反力梁套刚性反力梁（3 3）5 5套动力荷载分配梁套
33、动力荷载分配梁（4 4）液压动力系统（作动器油源和动力油管）液压动力系统（作动器油源和动力油管）（5 5）MTSMTS控制系统控制系统第39页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试(a)(a)作动器、刚性反力梁、作动器、刚性反力梁、动力荷载分配梁、动力油管动力荷载分配梁、动力油管（b b）液压动力系统）液压动力系统（c c）MTSMTS控制系统控制系统第40页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试 1:1 1:1重载铁路路基模型重载铁路路基模型 模型槽尺寸为长模型槽尺寸为长28m28m、宽、宽13m13m、深、深8m8m，如下图示。路基模型两侧壁各有两条大吨，如下图示。路基模型两侧壁各
34、有两条大吨位反力槽，可以用于安装列车作用仿真试验加载系统中刚性反力梁的立柱。位反力槽，可以用于安装列车作用仿真试验加载系统中刚性反力梁的立柱。第41页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试模型试验边界条件的处理模型试验边界条件的处理 模型边界处理原则。对于实际路基工程，在水平方向和深度方向上是无限延伸模型边界处理原则。对于实际路基工程，在水平方向和深度方向上是无限延伸的，在列车动荷载作用下，波动能量将向无穷远去逸散。对于模型试验，实际是从无的，在列车动荷载作用下，波动能量将向无穷远去逸散。对于模型试验，实际是从无限大原型中截取有限的一部分来进行研究，因此必须对模型边界进行处理，尽可能地限大
35、原型中截取有限的一部分来进行研究，因此必须对模型边界进行处理，尽可能地有效的模拟能量的逸散。有效的模拟能量的逸散。模型边界处理目标。模型边界处理后，要求波在界面上的反射可忽略不计或不模型边界处理目标。模型边界处理后，要求波在界面上的反射可忽略不计或不反射，静态荷载应力和变形与原型的在此位置相近。反射，静态荷载应力和变形与原型的在此位置相近。为了达到上述要求，模型边界宜采用阻尼比模型路基填料大为了达到上述要求，模型边界宜采用阻尼比模型路基填料大1 1倍以上、阻抗与倍以上、阻抗与模型路基填料接近的材料。模型路基填料接近的材料。第42页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试 测试元件测试元件 为
36、了测试重载铁路路基在不同轴重列车作用下路基的静、动力响应，在路基表为了测试重载铁路路基在不同轴重列车作用下路基的静、动力响应，在路基表面和内部布置和埋设了大量静、动力响应测试元件。共设置了测试断面面和内部布置和埋设了大量静、动力响应测试元件。共设置了测试断面4 4个。个。主要测试项目有：动应力、动位移、主要测试项目有：动应力、动位移、加速度、静土压力、表面沉降、深部位移加速度、静土压力、表面沉降、深部位移等。共布置埋设动土压力盒等。共布置埋设动土压力盒9595个、静土压个、静土压力盒力盒1515个、加速度个、加速度6161个、个、941941拾振器拾振器5 5个、个、单点沉降计单点沉降计6 6个、表面沉降点个、表面沉降点1818个。个。第43页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试第44页/共46页1 土工试验与测试土工试验与测试示示第45页/共46页感谢您的观看。感谢您的观看。第46页/共46页