离心模型试验报告

离心模型试验应用论文【摘要】随着筋材的弹性伸长变形，给土体内部一个预加压力来抵消外部荷载引起的土压力，从而有效的减少了桥台的侧向位移，抑制了竖向裂缝的产生并阻断其扩大和贯通，大大提高了土工材料柔性桥台的稳定性。

1、引言土工材料柔性桥台作为一种新的土体稳定和加固技术，其结构类似于一般的加筋挡土墙。

由于该技术发展时间比较短，加之其构造复杂，所以迄今为止，国内外研究人员对土工材料的研究主要是针对具体工程应用而进行的一些试验和一般的理论研究，并且非常有限，借助离心模型试验来研究土工材料柔性桥台的变形特性更是少见。

本文通过土工离心模型试验进一步分析了土工材料柔性桥台的变形特性和破坏机理，为相关的设计与施工提供参考依据。

2、土工格室柔性桥台离心模型试验2.1 试验模型设计2.1.1 模型比尺土工离心模型试验是将模型置于特制的离心机中，使1/n的模型在ng离心加速场中进行试验。

本次试验所用的模型比尺n=20。

2.1.2 结构模拟（1）地基与填料的模拟由于本试验主要是针对台背填料在交通荷载与回填材料自重作用下的变形特性与破坏机理进行定性分析，所以在试验过程中假设地基是稳定的，不产生下沉变形。

台背填料选用现场的红砂岩碎石土，采用去掉大颗粒法进行填料模拟，通过筛分使最大粒径不超过1mm，按密实度93%控制。

（2）土工材料的模拟土工材料的厚度较薄，弹性模量高，如按相似率将尺寸缩小，根本无法实现，因此，必须采用替代材料。

根据朗肯土压力理论，考虑土体任意深度单元体的稳定平衡，一个结点拉筋所受的拉应力应等于填土产生的侧向应力，得出等应变原则：（St）m/（St）p=1/n （1）εm/εp=1 （2）公式（1）中St为单位宽度拉拔强度，KN/m（通过拉拔试验测定）；n为缩尺比率；公式（2）中ε为土工材料的应变。

上述二公式中下标“m”、“p”分别表示模型与原型。

为此，本试验采用5mm×5mm×10mm的塑料网格代替土工材料，从上往下埋设7层，间距为30mm。

深水厚层软土桥基离心模型试验[摘要] 通过离心模型试验，对比无桩条件和不同桩间距条件下的桩土应力比和基础整体沉降量，研究深水厚层软土地基的沉降特性，为跨海大桥等实际工程的设计提供参考。

[关键词] 离心模型试验；复合桩基；桩土应力比中图分类号： u448.33 文献标识码：a一、引言随着我国沿海地区经济的快速发展，对跨海大桥的建设需求也不断增长。

但由于深水地基软弱覆盖层极厚，桥梁基础底面无法直接到达强度大、变形小的基岩上，这给跨海大桥的修建提出了新的难题。

因此，研究深水厚层粘土地基基础的承载力和变形机理非常重要。

本文运用离心机模型试验采集的数据，通过对无桩条件和不同桩间距条件下桥梁基础沉降和桩土应力比的对比，得出的结果对深水软土桥基设计有一定的参考价值。

（一）试验方案离心机模型试验通过离心力产生的重力场，在模型中产生和原型相当的应力水平，故可以以模型表现原型，目前离心模型试验已广泛应用于土压力测定，基础沉陷与软土固结问题[1]，离心模型试验能得到常规实验无法达到的效果。

2.1实验装置本次试验采用tlj-2-100g-t大型土工离心机。

模型尺寸为80cm*60cm*45cm。

本次试验包括3组实验，考察有桩和无桩条件下、不同桩间距条件下桥基沉降量和桩土应力比的变化。

模型选取的桩径为8mm，桩长18cm；一组无桩，一组3倍桩间距（24mm）和一组5倍桩间距（40mm）；承台为圆形，并当做刚性承台考虑进行研究。

具体方案见表1。

表1离心机模型试验详细情况图12.2模型地基每组实验考虑到取深水原型地基土比较困难，而且成本太高，均采用成都当地粘土，控制模型地基土体处于过饱和状态，采用分层填筑法，以一定的击实功分层击实，击实之前每层土厚3.5cm，击实之后厚3cm。

每层土击实之后用刀片刮成毛面。

将晒干的粘土粉细，取样测含水率后室内干燥条件下保存；根据粉细干土的含水率计算配水量，人工将土伴湿，含水量控制在28%附近，装进密闭塑料桶封存24小时以上；戴橡胶手套，用切菜器5mm孔器将上述湿土加工成细条，装入密闭塑料桶闷料24小时以上；按照每层3.5cm厚度装填，一定击实功击实后厚3cm；直至设计模型尺寸；同时在设计布置有土压力盒和孔隙水压计的坐标处埋设元件。

一、离心模型试验概况1.1土工离心模型试验简介土工离心模型试验（geotechnical centrifugal model test）是把小比例尺模型放在离心试验机所形成的加速度场中，以获取全比例尺模型的变形破坏机理的模拟试验技术。

其基本原理是：将土工模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度作用，来补偿模型因为尺寸缩小而导致的土工构筑物自重的损失。

所以，它对模拟以重力为主要荷载的岩土结构物性状的研究就显得特别有效。

在岩土工程中，土体自重引起的应力常常占支配地位，土的力学特性随着应力大小的变化而变化，常规小尺寸模型试验由于其自重产生的应力远小于原型，因而无法再现原型的特性。

解决这个问题的唯一途径就是提高模型的自重，使之与原型等效。

把模型放置于特制的离心机中，使1/N缩尺的模型在Ng离心加速度的空间进行试验，由于惯性力与重力绝对等效，并且高加速度不会改变工程材料的性质，从而使模型与原型的应力应变相等，变形相似、破坏机理相同，能再现原形的特性。

由于其能再现自重应力场以及与自重有关的变形过程，直观揭示变形破坏的机理，并能为其它分析方法提供真实可靠的参数依据，而得到越来越广泛的应用。

1.1.1国外发展状况虽然早在1869年法国人Edouard Phillips就提出了离心模型试验的设想，并建议用其对横跨英吉利海峡的大钢桥进行验证，根据弹性体的平衡方程推导出原型与模型之间的相似关系，提出利用离心机产生的惯性力来增加模型的重力，用来研究结构的特性，但限于当时的条件，没有得到应用。

此后一直沉寂了60余年，直到20世纪30年代，这一概念才在美国和前苏联重新提出并开始进行试验工作。

1931年，美国哥伦比亚大学Philip Bueky将此技术应用于煤矿坑顶稳定性的模型试验中，所用的离心机半径仅25em，因离心机的半径过未取得有价值的成果，在土木工程界并未引起应有的重视。

与此同时，前苏联以鲍克洛夫斯基(Pokrovsky)和费德洛夫(E．C．Fedorov)为代表的学者们开始在大中型离心机上对离心模拟技术进行了广泛的研究。

第29卷 第6期 岩 土 工 程 学 报 Vol.29 No.6 2007年 6月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June, 2007 离心模型试验模拟平板载荷试验研究柳 飞1，杨俊杰1, 2，刘红军1, 2，丰泽康男3，堀井宣幸3，伊藤和也3（1. 中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100；2. 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东 青岛 266100；3. 日本独立行政法人产业安全研究所，东京1138656）摘 要：利用承载力离心模型试验研究平板载荷试验中的承压板尺寸对承载力取值的影响。

试验结果表明：基础直径为80 cm和56 cm时的极限承载力相差达27%～40%；在疏松地基（相对密度为34%）情况下，可忽略基础尺寸效应对试验结果的影响。

但是在密实地基（相对密度为78%）情况下，《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)规定的承压板尺寸范围内(56～80 cm)仍然存在基础尺寸效应，即使是80 cm的承压板，其承载力系数达到可忽略尺寸效应时对应的承载力系数的1.2倍。

基于离心模型试验结果，提出基础尺寸效应修正式和承压板尺寸换算式，对平板载荷试验结果进行修正。

关键词：平板载荷试验；承载力；承压板尺寸；基础尺寸效应；离心模型中图分类号：TU411 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2007)06–0880–07作者简介：柳飞(1981– )，女，山东青岛人，硕士研究生，研究方向为岩土力学与工程。

E-mail: liufeidadak_2000@。

Study on plate loading test by centrifugal model testsLIU Fei1，YANG Jun-jie1,2，LIU Hong-jun1,2，TOYOSAWA Y3，HORIYI N3，ITOH K3(1. College of Enviromental Science and Engineering ,Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Key Lab of MarineEnvironmental Science and Ecology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. National Institute ofIndustrial Safety, Tokyo 1138656, Japan)Abstract:Through centrifugal model tests, the influence of plate size on the results of plate loading tests was studied. It was shown that the difference of the ultimate bearing capacity between f 56 cm and 80 cm plate was up to 27% to 40%. For the loose ground (relative density 34%), the scale effects could be neglected, but for the dense ground (relative density 78%), the scale effects would influence the results of plate loading tests in the rang of plate size suggested by Specification for Foundation Design of Construction Ground (GB50007-2002) (56 cm to 80 cm). Even for the plate with diameter 80 cm, the bearing capacity factor obtained from the tests was 1.2 times of that excluded the scale effects. According to the centrifugal test results, the corrected formulas of scale effect and plate size were introduced and the results of plate loading tests were modified.Key words:plate loading test; bearing capacity; plate size; scale effect; centrifugal test0 引 言平板载荷试验是在保持地基土的天然状态下，在一定面积的承压板上逐级向地基土施加静力荷载，观测各级荷载作用下的地基沉降，根据试验结果绘制荷载–沉降曲线从而确定地基承载力及其变形特征的一种原位测试方法[1-2]。