岩土工程测试技术(3)

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1、第三章：模型试验1）探索许多目前数学分析方法尚不易解决的工程问题；2）验证数值计算的正确性，然后改变参数进行系列数值计算。引言作用：第三章：模型试验1）地下工程在各种荷载作用下的应力分布特征与变形位移规律；2）地下工程在各种荷载作用下的破坏形式及其原因，通过逐级超荷实验，可以估算原模型的总安全系数和稳定性程度；3）地下工程结构的最佳方案，围岩与衬砌的互相作用等设计中需要解决的问题；4）各类岩土结构的变形与强度特征及其结构的互相作用。引言研究内容：1）相似及相似条件3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术表示一个系统的所

2、有物理量的数值，能有另一个系统的相对应的物理量乘以不变的无量纲常数而得到，则这两个系统相似。相似系数2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术①平衡方程原型模型2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术②相容方程原型模型2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术③物理方程原型模型2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术④几何方程原型模型2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：

3、电阻应变片测量技术几何相似比：应力相似比：应变相似比：弹性模量相似比：泊松比相似比：体积力相似比：容重相似比：2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术带入模型的平衡方程，可得：必须与原模型保持一致，因此：2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术同理可得：2）理论推导法-以弹性平面问题为例3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术K＝相似指标：约束各相似常数的指标这种组合称为相似判据。原型与模型中有些量的组合是相等的，并等于一个定数，3）量纲分析法3.1相

4、似理论第三章：电阻应变片测量技术量纲：物理量所属的种类，可以有不同的单位，但只能有一个量纲。基本量纲：独立量纲。导出量纲：由多个基本量纲构成的量纲。不同量纲不能进行加减；任何一个正确的物理方程，各项的量纲一定相同，称为物理方程量纲的协调性。3）量纲分析法3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术①量纲分析的作用a.检查所建立的方程的正确性；b.变换单位；c.确定正确的物理现象的有关物理量的合理形式；d.设计系统的实验，并分析实验结果。3）量纲分析法3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术②π定理若物理方程：供含有p个物理

5、量，其中r个是基本量，并保持量纲的协调性，则可写为：式中：π1，π2，…，πp-r，是由物理方程中的物理量所构成的无量纲量，称为相似判据。3）量纲分析法3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术③使用步骤a.从x1，x2，…，xp中按不同量纲选取r个，组成基本量群；要求：是基本量纲或不能互相导出的量纲，且每个基本量纲在所选的r个物理量中至少出现一次。b.将基本量群中的量纲的幂相乘作为分母；c.将其它没被选入量群的物理量分别作为分子，构成p-r个分式，每个分式为无量纲量，即相似判据π。3）量纲分析法3.1相似理论第三章：电

6、阻应变片测量技术③例子a.弹性力学表达式：静力学只有2个基本量纲（L，M），r=2，由π定理，则有5个独立的相似判据π。选[FL]和l：[L]为量群。则：-3为无量纲，所以：所以：3）量纲分析法3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术③例子同理：…因此：有：……4）单值条件3.1相似理论第三章：电阻应变片测量技术两个模型相似的充要条件：相似判据不变，单值条件相似。a.原型和模型的几何条件相似；b.在研究过程中具有显著意义的物理常数成比例；c.两个系统初始条件相似；d.研究期间，两个系统边界条件相似。1）相似材料（配比试

7、验）3.2相似材料模拟实验第三章：电阻应变片测量技术a.力学性质与模拟对象相似；b.实验过程力学性能稳定；c.改变配比可以调整某些性质以适应相似条件的要求；d.制作方便，成型容易，凝固时间短；e.成本低，来源丰富。2）相似比3.2相似材料模拟实验第三章：电阻应变片测量技术a.非破坏试验b.破坏实验3）荷载相似与加载3.2相似材料模拟实验第三章：电阻应变片测量技术4）测量系统5）其他细节3.3结构模型实验第三章：电阻应变片测量技术结构模型试验：采用与实体结构相同的材料，按一定的比例缩小，不考虑体力影响，进行力学试验。不受

8、约束，Cl可任意选取。是相似材料模拟实验且不考虑体力时的特例。3.4离心模型实验第三章：电阻应变片测量技术重力重要！需要满足。但是材料一样，则：因此：怎么办？？？？3.4离心模型实验第三章：电阻应变片测量技术离心加速，设备昂贵！！！！3.5数值计算的挑战第三章：电阻应变片测量技术