针对常规土工模型试验只能满足几何相似而不能满足应力相似的问题,提出了利用顺坡渗流力和坡面法向加载产生的法向应力以满足坡积土模型试验中自重应力相似的一种模型试验方法。对于很小厚度的坡积土模型,通过施加顺坡向渗流力满足切向应力的近似等效,施加垂直坡面荷载实现法向附加应力的近似等效,从而通过切向和法向应力的叠加来满足坡积土模型和现场原型边坡的自重应力相似。通过数值分析比较了厚为30 cm坡积土模型与厚为3 m坡积土原型。计算结果表明模型和原型的应力相似;模型和原型中的最大剪应变和剪应力水平在坡积体中的分布情况相似,数值误差在10%以内;数值分析结果验证了所建议方法的合理性和可行性。
Abstract
The geometrical and stress similarity cannot be both satisfied in traditional soil model test. We put forwarda new soil slope model applied with tangent directional seepage and normal directional stress. For colluvial slope model of small thickness, the similarity of stress along slope and vertical to slope surface were satisfied respectively by applying seepage force and surcharge load vertical to the slope surface, thus self-weight of the soil slope model can be similar to that of the in situ slope. Numerical analysis was conducted to compare the stress and strain similarity of in situ slope (thickness of 3 meters) and slope model (thickness of 0.3 meter). The calculated result shows the area with stress and strain similarity in the soil slope model; the distributions of maximum shear stress and strain in the model and the in situ slope are similar, with the error less than 10%. The results verified the feasibility of the model test method.
关键词
土坡模型 /
几何相似 /
应力相似 /
顺坡渗流 /
数值模拟
Key words
soil slope model /
geometrical similarity /
stress similarity /
seepage along soil slope /
numerical simulation
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参考文献
[1] 濮家骝. 土工离心模型试验及其应用的发展趋势. 岩土工程学报, 1996, 18(5): 92-94.
包承钢, 饶锡保. 土工离心模型的试验原理. 长江科学院院报, 1998, 15(2): 2-7.
罗先启, 程圣国, 张振华, 等. 地质力学电磁场模型试验相似理论研究. 岩土力学, 2011, 32(4): 1035-1039.
罗先启, 葛修润, 程圣国, 等. 地质力学磁力模型试验相似材料磁力特性研究. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(2): 3801-3807.
张振华, 王幸林, 唐 凯, 等. 地质力学磁力模型试验技术应用于滑坡物理模型试验的可行性探讨. 岩土工程学报, 2012, 34(7): 1291-1298.
周 成, 陈生水, 刘 俊, 等. 渗透力联合磁场力的土坡模型试验数值模拟. 地下空间与工程学报, 2015, 11(2):404-408.
周 成, 陈生水, 何 宁, 等. 适用于土石边坡的磁场力-渗透力模型试验装置:中国,CN201410014916.2.2015-08-26.
周 成,陈生水, 何 宁, 等. 适用于土石边坡的双向渗透力模型试验装置:中国,CN 201410014389.5.2015-07-22.
基金
国家自然科学基金项目(51579167);水利部公益性行业科研专项项目(201301022);水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室开放基金项目(YK913002);江苏省交通运输科学研究计划项目(2011z01-1)