土质边坡离心机模型试验综述
土质边坡离心机模型试验综述
摘要：土工离心模拟实验技术已愈来愈受到岩土工程界的关注，它是研究小比例尺模型由于在离心试验机所形成的超加速度场中能达到与原型相同的应力水平，而得到与原型相同的应力状态、位移变化,相似的塑性区发展和变形破坏过程,以获取全比例尺模型的变形破坏机理的模拟试验技术。本文主要介绍了土工离心机的的发展概况和其在土质边坡中应用和其误差分析及存在问题。
关键词：土质边坡 离心机 模型试验
一、土工离心机概述
1.土工离心机国内外发展历程
土工离心模型试验技术是国内外广为关注和竞相采用的一项物理模拟技术，但其发展历程却相当坎坷和漫长。早在1869年，英籍法国人Phillis[1]首先提出了离心模拟概念，以弹性介质平衡方程推导了模型与原型之间的相似关系，并提议利用该项模型试验技术对横跨英吉利海峡的钢桥该工程的可行性进行研究，但由此引起了强烈的争论，被认为不可行。一直到60年代后，离心模型试验技术分别有美国和前苏联学者重新提出。1931年，美国哥伦比大学Bucky[2]以小比例模型在很小的离心机上研究了煤矿坑道顶的稳定问题，并与1940年将离心模型试验引入光测弹性力学实验。1932年，苏联ПokpoBckИЙ在莫斯科水利设计院土力学实验室内首先用离心机研究土工建筑物的稳定问题，并对这项实验技术进一步给予研究开发，取得很大进展。截至20世纪70年代，前苏联在不同研究或设计机构中建置土工离心模型20余台，对离心模拟相似理论，设备设计技术和试验方法等都做出了卓有成效的工作。
20世纪60年代后期，英国，美国和日本等国才开始建置土工离心试验模型。虽然较前苏联晚了近30年，但发展较快。进入20世纪80年代，土工离心模型试验又有了进一步发展，法国，丹麦，德意志联邦共和国，意大利和荷兰也相继建立土工离心模型试验室。这时，在世界范围内，土工离心机的载荷容量和数量大为增加，土工离心模拟技术也有了长足的进步，几乎应用到岩土工程的所有领域。国际土力学与基础工程学会于1981年成立了国际离心试验委员会。该委员会先后组织多次专门学术会议，对在世界范围内普及该项试验技术起到了重要推动作用。步入21世纪，土工离心模型试验技术的发展仍方兴未艾，且与数值模拟相辅相成，结伴而行，有关各国不仅研制技术指标更为先进的实验设备，而且关于模拟理论与试验方法的研发领域也在不断扩宽。
土工离心模型试验技术在我国的发展较为迟延。虽然早在20世纪50年代中期，水利水电科学研究院就曾收集有关资料，初步考虑建置土工离心机；长江水利水电科学研究院在当时苏联专家协助下也着手筹建400g·t的离心机，但均因客观条件限制，未能付诸实施。这项技术真正受到国家高度重视，并得到迅速发展，始于国家“七五”科技攻关（1986~1990）。1986年，“土工离心模型试验技术研究”作为国家“七五”科技攻关项目第17项“水电工程筑坝技术”所属课题“高土石坝技术研究”专题之一列入国家“七五”科技攻关计划。这期间，南京水利科学研究院又建成其有效荷载容量为400g·t的大型土工离心机，清华大学等单位建成了多台中型离心机，从而使我国离心模型试验设备在地区分布，大小配置以及适用于各种不同用途等方面更趋合理。为规范土工离心模型试验操作程序与方法，中华人民共和国国家经济贸易委员会与2000年颁布了中华人民共和国电力