根底模型试验

基础模型试验PAGE14PAGE13基础模型试验本文对于基础模型试验的基本原理、基本方法、应用现状、存在的问题和发展趋势做了详细的介绍，并由一工程实例阐述了基础模型试验的过程，就基础模型试验在实际岩土工程中的运用，也进行了一些探讨。1概述基础模型试验的理论与应用一直是困扰岩土工程界研究、设计人员的一个问题。很多重要建筑及复杂基础需要在设计以前进行受力、变形分析，很多工程又不可能在原体工程上进行极限状态的试验，大量的普通建筑基础不可能都一一进行现场观测与试验，因此，基础模型试验研究的意义就越发重要。它虽不能替代原体工程测试结果，但可以摸索出基本受力特征和破坏特征，为设计提供极有参考价值的试验数据，是定性分析的必要手段。准确、真实的模型试验是设计研究的重要依据。相反，不准确、不真实的模型试验却可导致设计偏差而造成无法弥补的损失。因此掌握基础模型试验的理论和方法并能正确使用，是非常重要的。基础模型试验不同于结构构件的模型试验，它不能在相同条件下反复进行。它涉及的影响因素较复杂，结果较离散，确定参数较困难，这就从另一方面对模型试验提出了更高的技术要求。基础模型试验研究可涉及各种基础形式，如箱基、桩基、筏基、独立基础、条形基础、支护结构等；可涉及各类土地基，如砂土、粉土、甚至包括粘土；可涉及土静力学、土动力学和水力学(见图1)。这些问题均可应用模型进行研究。2模型试验的一般理论以相似理论为基础的模型试验（或称模拟），首先对待研究的对象（原形）进行分析，列数学方程或罗列各影响参数，经过相似转换求出相似准则；其次，考虑量测传感器的尺寸和所需精度、试验条件等因素，确定模型试验的几何缩比；第三，按各准则来设计试验模型（试验台），试验以后用准则形式来处理试验数据；最后，仍用相似理论确定试验结果可扩大应用的范围。基础的模型试验可划分为两类，一类是不真实的定量分析模型试验，其特点与定性分析试验相似，不含几何尺寸因素影响，仅研究破坏状态的基本特征，如土压力理论的摩尔一库仑定律等；另一类是真实定量分析模型试验，研究基础在正常使用状态，即破坏以前状态的基本特征，如压板试验等。对后一类模型试验，模型设计必须满足一定的相似条件。所谓相似就是模型与原型对某一物理过程产生的同名物理量之间均存在定比关系。模型理论就是要建立一些规则，以使原型的性能可以用模型性能的函数来表达，即确定原型与模型之间的相似准数。确定相似准效有两种方法，即方程式分析法和量纲分析法。用方程式分析法推导相似准数，只要描述现象的方程式正确，所获得的相似准数常常比较明显地表示一定的物理意义，在推导过程中也不会遗漏某些物理量而导致不正确的结论。因此，这种方法比较确切可靠。然而在实践中，所遇到的过程往往过于复杂，不能用分析的方法来建立方程式，因此无法用方程式分析法获得相似准数。此时量纲分析法成为求得相似准数的唯一方法。量纲分析方法的依据是量纲分析的普遍理论--白金汉(Buckingham)π定理。定理内容如下：设有一物理现象可以用一个量纲齐次方程来表示：(1)式中n是这个现象包括的物理量个数，q1是要估计的一个量，q2～qn是q1所依赖的量。根据π定理，包括n个物理量的量纲齐次方程可以用以n-N个独立无量纲参数π1、π2、…πn-N完全表达出来，即π1=F(π2，π3，…πn-N)(2)式中的π1～πn-N是独立的无量纲参数，它分别是物理量q1～qn不同乘方的乘积。N等于描述这些物理量所需要基本单位的个数。伶由于公看式趋(2贼)津与公宅式务(1甚)砖是相同关的，它霜描述同折一物理取现象，撑但亡(2色)茂式是无金量纲的帖形式。踏所以，恐如果要犯达到相碍似的话敞，耗(2序)申式对原脆型和模守型必须抢同样有违效。因叼此，完盲全相似映的充分喝条件是荷：顽脂炼啄从让乏我主(舱π战1撑)脖p孙溪=茫(慎π叛1寸)积m蝶(添π腾2炸)盖p逮=木(鸟π妄2吓)鼓m光镰卷麦由鸣渗爸┇抛牌迎蛾虹愤震僻滋（佩3艺）伤(梯π遣n-N降)艇p鸦=沾(蝇π夹n-N业)尊m俩式中脚参标荒P舅和错m誓表示原梁型和模洋型。其构中垦第谱1望个方程驻通常称绵为预期桨方程惧，具递而其余芦方程组进则为模先型的设由计条件视。悉(3晓)狮式就是纤相似准渡数关系祥式。胸用量纲喊分析法开来推导核相似准辫效角，铲胳是根据牢方程式生量纲和协谐的原腊理出发因的精，据肥它不要眯求建立援现象的旬方程式椒，限晕而只要端求确定慨哪些物坦理量参雁加所研易究的现绪象辰，亦贪以及知屿道量测皮这些量充的单位晓系统的沸量纲就压够了。毁原则上识用上述刃方法都快可以得瓦到模型请的相似盘准数方淋程式。紫但是由涌于有些疗物理现半象很复荣杂，影纷响因素筐很多，桶很难完刃全考虑婶各种因株素的影衡响导，桥吩很难求晃得完全坚相似的点条件。晴无量纲苹参翻数特π壮1糕可以用饭量纲分驼析的方铸法求得肥，但当些影响因患素较多农时，求扛解过程帝也较复埋杂穿。蝶π薪1成亦可根堡据工程毫经验，蛙考虑主叼要影响公因素来钻确定。基础模型试验霉3真基础模蔬型试验春的基本膛原理、平基本方况法罪进行基汪础模型靠试验，促应从以膀下三方速面考虑票。结3.1段枕几何相娱似范任何模敌型试验事都是按轰一定几怎何比例沾关系设适计的。传以敞图豪2嚼为例砍，辈海某建筑双物基础脖边侧拟老进行地导下连续沙墙施工风，堵剖基槽边晃侧距原娃有建筑疮基础边姓侧距离填为朝C唉，肃捞原基础糠宽度逐为帝B小，玉恰基槽开漫挖深度战为仔T型。为了组分析研福究基槽井开挖对桥原有建贱筑的影阅响纹，广陡需进行剧模型试夸验，可啄设：村撑吹顽第（颜4餐）蹦式中的朴角猛标肾P干表示原稀体工程傲几何相角似准数销，朋惊角位标该m牙表示模颜型的几贡何相似柱准数。熔将挣(4沟)按式改变翁形式，高有睡翁捕史晚纲赢（拒5朵）盒式中惰，吴i凝为几何牺比例系炸数，即洪为抢π晌定律中宁的法π烂1狱，摩顺它反映逝几何相那似准数羡的特征朝。缩3.2侮健地基的裹模拟播地基的备模拟包孔括两方荷面躬：文页一是地竹基土材结料性能杀的摸拟骑问题，相二是地阀基的力锈学相似戚问题。寿许多学四者进行循地基基持础模型修试验倾索向于真损实材料凯试验。蜓德呢国热Gud甲ehu吸s雀教授对识圆形颗充粒粉细愁砂和中辛砂的自吩相似特桶征进行谦了研究旷，砌苦提出了征以下方堆法：地离基土的偿材料宜属控制内闯摩擦角仇、剪胀处角圾、孔隙五率脑n乔(伏或孔隙朵比屯e骡)畜，即模丽型试验陈的三项爪指标与震实体工组程的三焦项指标量完全相床等，有广：梁根据这酱种地基拿土材料薄假定所剪进行的葵地基力震学相似犬模拟效门果较为误理竟想门,巩这主要脾指对以脖粉土、愈砂土为曲代表的毛地基土的。根脉据漏π州定六律吓,咽应确定斧地基的堵无量纲帝参数，仅即地基跟的力学膜相似准幕数，设篮为汽π惧t营，取：立π怜t控=爬散亏琴循亩芬（谣6网）颜式尺中呀丰E红s皮—加压缩模鞋量；僵—仿重力密算度；唐漠捞己t楼—命几何尺执寸。屿基读于厨π型定律，延假庭定胖:（7）拆在这里幸π渠2分反映土欲性参数场，为力拉学相似绪准数。慨3.3蔽示基础的指模拟为基础的某模拟，拌除了几狱何相似谱以外，粮出是力亦学相似望问题，遣其相似终准数的渗建立较踩地基相粮似准数汉建立的错研究要赢容易，艇这主要箩是借助捕于结构彩试验研偏究的结壶果。穷根据因迫次分析牧，可将赖基础的反抗弯刚棍度与其景弹性长笋度杏L蕉森直接建酸立关系者，将弹猜性长度主与实际蛙长度之歉间的比蛛值作为座基础力话学相似嗓准旱数敲,弊设伸:兔逗除俊限吸（万8企）里式赶中嫩掏L脊e铺—威弹性长阀度；晨L兼乓—镇实际长阻度；趣E店I奥一抗弯架刚度；诸—总干土重粮力密度蛇；芹弹性长陷度说L纺e衡与长查度践L杰的比值贸为无量男纲的基驻础的力侄学相似钥准数，性又有：唱增姻（险9-店1勺）或污秧逗猎抚（群9-粘2觉）或急领以涨（晴9-咽3窑）由于竟=L号p别/L正m故匠璃送疑（谜9-传4村）若则迟坊伤饿诚（呢9-蛋5购）棉根据以本上对地挠基和基稍础的几劳何与力欲学相似忽分析灿，秤荒现将抗唇弯刚度疼、弯矩解、集中康力、线芹性分布句力、应咐力的换鲁算关系雨列于拜表肝1圾。技表算1炒名诸途鹅称绪单架嗓轧位浅条件：拥条件：裙长攻度致L粱m袜L船m勉=L袖p岭/朝L霸m惕=L与p杂/遇刚魔度稿EI宁kN·驰m夕4句EI形m幼=EI抽p报/旱5问EI怒m绸=EI旧p高/准·斑5榴弯质矩唤M励kN·代m密M搞m痒=M盛p田/负4语M号m占=赴M辞p爹/队·寿4电集中尿力姻P佳kN鄙P滚m坐=P梦p欲/煎3炒P庙m捞=P革p泡/哥·生3绒线形缠力介q巩kN/慌m吸q嘉m素=q乖p胆/炉3于q孝m爆=q绑p迅/罩·临3小应帝力锦σ穿kN/凯m马3奇σ含m拳=就σ决p辟/阀σ杀m剂=骂σ杆p牲/弹·损重力密粮度细γ晚筛kN/若m工3神=井=践/较4迟爬应用实智例哨为了详婚尽说明贯地基基皱础模型隙试验的析设计方猾法。现携举一例志：旱例：灰某试验劳项目预仆探讨嵌司入土要内述4克m朝，悬非出炕2.5菜m慰，眨φ宿400排m坦m鼠的钢筋手混凝土王桩的水膊平受力灰特征迫，每璃要求设热计模型助试验。解：蓝(1袖)拢直接有队关的参倾数：重著力密度哲，内摩付擦角昨，榜组剪胀角跨，压缩迁模练量淋E糟s仿，集中锣力与水蹦平面的臭夹角前，地面韵倾斜旱角犬β雷，单桩残人土深森度伴t炸。单桩浴几何尺闲寸拴a×b畜(摆或圆形爸截面直览径誓d澡)适，单桩揪地面以琴上高此度附h驻，集中薄作用筝力筒P化，勺萍单桩抗乔弯刚上度父E盲I卷。缩(2撑)转非直接何有关参液数：土伪颗粒粒皇径衔d晕s谋诱。聋(3樱)脚无因次蜻物理量傍；原体牺工程与葡模型试贞验完全秩相等的泻参数有农：垮、齐、钓、么、提β辨需要换水算的参哲数有三患组智，嫂瓜分别为职：、、锈(杂4躁)猴设计原宾则为力伏学相似狐原理，碌即所有国无因次栗物理藏量絮嫌值在原演体工程享和模型坚试验中山完全相撇同驻，昨打包括弹盒性相似骨和应力貌相似。俗(5后)尺几何尺斜寸换算拆：条h饿m侄=h倚p求/成；猎t匆m传=t茶p股/送(6割)腾力的换葱算：则：衰若青捞=富闭即乱=1德加剖则：喘(锦见压表机1)怒阀(7伐)窗抗弯刚萄度的换写算：直吼接按暂式鸡(上9演—立5丧)喉，有虫EI影m芝=EI违p译/只5违(8梨)玉结果激模型比磁例振=l悦0避，喉婶有泉原体工呆程堡D烛p校=4忽0cm勿h株p搂=2暂50c瓣m老t详p染=40岛0cm炭P灿p悦=25乐kN陕模型试也验率h章m壮=2干5cm天t列m枣=4过0.0失cm或P挥m扫=25英/(1坑0)烘3返=25辟×l0熔-3超kN供(9具)视水平桩忌选取拦原体工助程架粱钢筋混叼凝土侧。抱C2野5座混凝土确，齐确正常配句筋。痛(精EI)惕p海=0海.85探E给m隔I浮m犁=0.扮85×往2.8假0×l披0植3融×(1沸+5%谱)×练=3.眯3×1刺0静8蔬(离kN·赔cm料4山)召式之中约E捞m驾—夺混凝士卵弹性模票量；替I烧m耽—奇截面惯代性矩；妥d帮—唤桩径。垦模型试忙验碎，爆哨钢管征，鼓筝按趋表疏l狼(址E1)超m趋=(E裕I)怨p菜/10宾5文=3壳.3×增10欧3酒(k塑N·c之m音4致)叛选此2汇2侍钢牧管仍(时壁打厚疲1mm少)伪实叨际公(锻EI)茎m挽=1握.1×陡10宪4盛×村(菊2.2设2冬-2秒.0铃2叉)=4盯.0×邻10床3乐(k文N·c骗m)先原体工娃程与模努型试验托简图如芬图稼3劈。惩5狮赏发展现部状距基础凉模型试欢验是研慈究工程披问题的绸重要方警法。伐它虽不气能替代悦原体工歉程测试汉结果，司但可以肉摸索出金基本受扑力特征道和破坏辛特征，茅为设计雨提供极启有参考元价值的絮试验数结据，是双定性分钱析的屠重艇要手段候。洒今年来月，稍基础像模型试立验书理论得先到一定兔发展，顾尤其是使在研究蚊各种基治础形式妄与地质刻体间相枯互作用枕方面的斗课题很铲多。在刑实践中化，规在大型扬桥梁桥像墩设计琴、海上虹作业平攻台基础喜设计、最高层建殊筑基础选设计等袭大型工购程设计河过程中刺，其理封论起了圣至关重饮要的作伐用，腊基础龟模型试居验受也是必踏不可少爷的一个外步骤。寒6震翅存在的边问题敌试验实霉施过程叛中烛,舅拔模型的啄制作、予加载、券量测等录试验条阔件对试蛮验结果乖的正确饱性具有豆极其重主要的作带用对于且结果可销信度影执响极大喊。模型零上的力蜂学现象而相对原丽型说来竿是近似蝇的犹,容乌两者不乓可能完出全相同大。试验裂结果在任多大程和度上能辰反映原政型原力舍学特寇征衣,责寿是一个畅很值得自探讨的疗问警题就,要秒应从两胁个方面盟进行分椒析。一翼是从相墙似规律裁方势面绵,们谷应使相节似关系鼠上保持依正确性铁；敬一是试镰验条件讨方面应岩保持一坟定的试梯验精度殊。构7符剧蹈发展方寺向烛基础模庸型试验闲随着设庄备的迅建速发展趋和普及而，以及灰模拟技燥术的提改高，在趟岩土工心程中的度应用将枪会越来虹越大。匹其发展币趋势可修归纳为誉以下几兴个方面粪：铅7根.1铃圆量测和泰数据采晌集系统床叨感能否从路基础模演型中获筐得更多裳的信息窜和可靠叶的数据院，量测建仪器和标数采系愈统是关译键。精躬度严高体积掘小对模燃型干扰胁较小的毯传感器爽如光纤谢传感器街以及非胁接触型悦量测技格术的研佳制将对烟基础模穿型试验示技术的凳发展有跌巨大的棍推动作督用。随卸着有关公技术的肠进一步加发展，岩基础模存型将能夺够更准桑确地再每现原型锻特性。校7辈.2炭饱相似比昼的研究刊跃伞任何一兰种物理字模型都塞不可能宜与原型吗完全等泰效，在麻基础模阁型试验棋中，只粉有在深绑入了解够其物理虚机制和缴相似规兔律的基迫础上，抬才能作糕出对试军验数据弦的正确化分析。孟对于几舍何与力混学比尺拌不同的衡试验相性似理论宁以及等抛效材料鼻的选取无原则，求也在探暮讨之中丑。槐7被.3挥戏与数值首模拟相碑结合拥基础模军型试验富是研究碧、设计善的重要嫂辅助手供段。检基础模虫型试验的将提供通具有较江高参考国意义的蚊数据，闹用于校礼正目前末所用的振数值模生型或建窄立新的脾模型，茶提高数柔学模型扒的预测较能力。偏基础模佛型试验挥技术在铸岩土工保程中的碑应用还谅有不少视不成熟舰的地方粘，有许尽多问题心还待解番决。但卷是作为斤一种模勇型试验听手段，委基础模迟型试验壤能够近筝似模拟沈基础在关环境条六件（承亮受外力灿等）下柳的大致敲反应，伴可以在南对基础镇结构不撕产生损醋坏的前机提下，制一定程芽度上预掠测基础少可能的傍破坏情卡况剑。斧拜为实际股施工中亲预防措筛施的设俘计提供雁一定的遇实验虏依据。恭更为重界要的是可，试验袭时间较苦原型大禾大缩短牲，对长百历时岩愉土工程规问题进嫩行研究争。因此喝，它必边将得到芝越来越符广泛的鉴应用。结语稍经过了慌地下工弟程测试萄理论与章监测技信术课程半的学习覆，在理河论上对堆于地下天工程中夸所运用盛的各种解测试仪与器和技宽术有了悔基本的顿了解，鸭加上这伶次论文橡方式的饿结业考灶试，我槐学到了株不少东始西。在望完成论哭文的过呆程中，证亦遇到君了不少货困难，魂主要表廉现为关屠于基础电模型试押验的文丰章较少风，普遍仪都伐是摄200刷0洋年以前脖的文章颈，有些贿穿插在丙一些与亦次有一背定联系场，但联摸系不太多密切的串文章里秘，且描盏述的很酸不详细峰，可见铜投身这逼个领域破是大有你可为的谦。为此粪我也到抛学校虹悼桥基本粮书库和忍丁家桥德图书馆闯查阅了朴相关资棍料，力挥求收集斯更多有勉用的信蚕息。总她的来说红，这次背论文考诉试给我坝提供了若一次锻酬炼信息付收集能扩力和语度言组织耳能力的深好机会她。致谢悦感谢韩岸老师在南这一学矩期中孜煌孜不倦滔地教授雄我们专吼业知识楼，并以色诚恳的庆态度，茄与我们逝交流思扭想，激曾发了我姥们学习跌专业知剂识的热售情。榆参考文北献结[1参]珍高明蛮中仆.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?filename=XKXB604.003&dbname=CJFD1996&filetitle=%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e8%af%95%e9%aa%8c%e4%b8%ad%e5%87%a0%e4%b8%aa%e9%97%ae%e9%a2%98%e7%9a%84%e5%88%86%e6%9e%90"喘模型试榆验中几杆个问题禽的分析挖[J壶]腿西安科菊技学院辰学俗报岗,1催996透,(尚04笼)访；铸[2沙]间李峡钟印.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD1994&filename=YTGJ404.009&filetitle=%e5%9c%9f%e5%b7%a5%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e8%af%95%e9%aa%8c%e7%a0%94%e7%a9%b6%e7%8a%b6%e5%86%b5%e7%bb%bc%e8%bf%b0"灭土工模燕型试验凳研究状演况综指述掩"迷土工模撑型试验绪研究状途况综述若.辛岩土工勺程技级术仪,1笋994组,(伏04靠)闻；难[3牛]砌宋具彧牵,矮张贵闪文畅,闭党星海睁等跳.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2003&filename=JANE200304017&filetitle=%e7%9b%b8%e4%bc%bc%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e4%b8%8e%e7%bc%a9%e5%b0%ba%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e7%89%b9%e7%82%b9%e5%88%86%e6%9e%90"培相似模樱型与缩络尺模型波特点分芹析初"伤相似模龟型与缩并尺模型迅特点分逮析恳.陈高等建益筑教护育派,2怕003基,(日04谅)颜；纹[4英]摄吴慧膝明们,丝龚晓枝南假.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?filename=TMGC200105017&dbname=CJFD2001&filetitle=%e5%88%9a%e6%80%a7%e5%9f%ba%e7%a1%80%e4%b8%8e%e6%9f%94%e6%80%a7%e5%9f%ba%e7%a1%80%e4%b8%8b%e5%a4%8d%e5%90%88%e5%9c%b0%e5%9f%ba%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e8%af%95%e9%aa%8c%e5%af%b9%e6%af%94%e7%a0%94%e7%a9%b6"布刚性基碌础与柔葱性基础毯下复合屑地基模祸型试验吩对比研稳究摇[J竞]皮土木工炕程学喷报碰拍，爷200录1,烧(05途)睡；逝[5浪]坛方妻磊让,秀谢永嫂利极.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?filename=TMGC200505013&dbname=CJFD2005&filetitle=%e6%9f%94%e6%80%a7%e5%9f%ba%e7%a1%80%e4%b8%8b%e5%a4%8d%e5%90%88%e5%9c%b0%e5%9f%ba%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e8%af%95%e9%aa%8c%e7%a0%94%e7%a9%b6"埋柔性基诱础下复堪合地基客模型试辟验研究场[J着]健土木工勇程学拥报旦,2皱005寒,(究05)屠浙；稼[6悼]魔邹亚驼洲恋.HYPERLINK"javascript:EnterDetail(15332044,0,'~-~KeyWord_C=粘土中抗拔基础模型试验及破坏机理分析~-~Title_C=粘土中抗拔基础模型试验及破坏机理分析','TU','95419X','粘土中抗拔基础模型试验及破坏机理分析','976567');"裳粘土中核抗拔基任础模型吸试验及次破坏机泳理分般析组~-~惊Tit滥le_倍C穗=榨粘土中锋抗拔基闲础模型刊试验及勿破坏机棕理分地析谅','呆TU'第,'9饥541挎9X'艘,报'毙粘土中矛抗拔基摊础模型神试验及厨破坏机影理分烂析稼','涂976节567风');阶"管粘土中粥抗拔基壳础模型喉试验及艇破坏机益理分析吐[J怒]赢电力建拢设柄，垒199胆2浓，题(04僻)毙；疗[7傅]父周瑞州忠牲.HYPERLINK"40/kns50/detail.aspx?filename=FZDZ702.017&dbname=CJFD1997&filetitle=%e5%9c%9f%e5%b7%a5%e8%af%95%e9%aa%8c%e7%9a%84%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e7%9b%b8%e4%bc%bc%e5%be%8b%e5%92%8c%e5%ba%94%e5%8a%9b%e6%af%94%e5%80%bc%e6%b3%95"陕土工试最验的模舅型相似林律和应宫力比值反法强[J厨]瞧福州大吗学学贞报偏(