1、四L中华人民共和国电力行业标准p DL/T 5102 - 1999 土工离心模型试验规程条文说明主编单位：中国水利水电科学研究院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会吃,i咆约也版、住2000北京目录14An“q飞MF气UPnunxu？u99999 准备作骤标设制步围用则验型验范引总试模试1iqA丛irhdpO巧，20 1范围1. o. 2 本规程除了用以进行土工构筑物模型试验外，也可用以模拟岩石、混凝土及其他要求模拟重力的模型试验，为设计施工提供依据，并可用以进行土的基础性应用研究。21 2引用标准土工离心模型试验是60年代才逐渐发展起来的新的试验技术，国际上尚元统一的标准，只有少数的试
2、验室，按各自的要求制订属于于册之类的规程或规定。我国也没有可以遵循的国家标准和行业标准。表1部分土工离心模型试验室有关操作规程统计表单位名称操作规程名称年份清华大学土工离心模型试验步骤1998 南京水利科学研究院(1) 400gt离心机操作规程1993 (2) 400gt离心机安全制度1993 航天部511所43型离心机规程1998 西南结构力学研究所(1）离心试验质量管理实施细则1998 (2）离心机启制动操作规程中国水利水电科学研究院土工离心模型试验规程1994 剑桥土工离心机安全操作规程英国剑桥大学(Code of practi四forsafe operation 1980 (Cambr
3、idge University) of the Cambridge Geotechnical Cen trifuge) 美国加利福利亚大学土木国家土工离心试验者手册系(University of Californ阻，( National Geotechnical centrifuge 1980 Davis) experimenters Handbook) 新加坡国立大学（National土工离心机试验者手册（Geotechni-1991 University of Singapore) cal centrifuge users manual) 加拿大纽芬兰纪念大学C core离心机安全操作规程
4、（Code(Memorial University of of practice for safe operation of the c 1993 Newfoundland) core centrifuge) 表1是部分土工离心模型试验室所订制的规程，但多偏重于安全运行管理方面。故在制定本规程时，参考了其中有关内容。在本规程内除规定了对土工模型试验的基本要求外，还规定了有关管理和安全方面的要求。量测仪器的技术条件引用了国标GB/Tl5406，土工模型土料制备的技术条件引用了国标GB/T50123和行业标准SL237 o 22 4总则4.0.2 离心机的基本参数，如转动半径、最大允许有效荷重、最
5、大加速度和吊篮空间尺寸等，涉及模型率的选择、模型允许的误差和允许的有效荷重质量。试验应遵守的第一个准则是有效荷重的质量应小于离心机允许的最大质量，有效加速度应小于离心机允许的最大加速度，即me三三mmox,ae三三amax (1) 式中：me一一有效荷重质量；mmax 离心机允许的最大质量；ae一一有效加速度；a max 离心机允许的最大加速度。试验应遵守的第二个准则是模型的顶面或底面的加速度与模型质心的加速度差应小于允许误差，即如允许误差一定，转动半径愈大，模型率n则愈小，模型尺寸相应增大。4.0.3 离心模型试验是将原型构筑物按几何尺寸缩小n倍制成模型，使之在离心力场内，模型内各点的应力和
6、变形达到与地球重力场内原型相应点的应力和变形相似。在选择模型尺寸时，要考虑离心机转动半径R的长度。模型的径向尺寸Lm，应使模型两端的加速度与模型质心加速度间的误差小于土5%为宜。根据离心机允许的模型最大径向尺寸Lm和原型尺寸Lp来确定模型率n。但模型率应符合反？的要求。4.0.4 试验加速度am应根据模型率n来确定。因为原型构筑物的容重为几二pg，模型的容重Ym=pmam为保证模型内各点的应力m与原型构筑物相应点的应力相似则必须：mP 而mmamLm，p=ppgLp23 故a _PP LP _PP m一瓦r:;,g瓦ng(2) 式中：am一一试验加速度；g 重力加速度；m、PP一一分别为模型材
7、料和原型材料的密度。土工构筑物的模型一般应尽可能采用原型材料，控制Pm=pp故am=ng。只要确定了模型率n，就可确定试验应采用的离心加速度。它等于n倍重力加速度。24 5试验设备s.o. 1 土工离心机）般由转动机构（包括转臂、吊篮转台、变速齿箱、传动轴、电动机）和辅助设备（润滑系统、冷却系统、供水排水系统及报警系统）等组成，构成转动机构的转臂有等臂双摆式和不等臂单摆式。本规程以图s.o. 1所示的等臂双摆式离心机作为示例说明。本规程所列各条的技术要求同样适用于不等臂单摆式离心机。5.0.2 模型箱是离心模型试验的重要设备，要求具有足够的强度初刚度，本条所要求透明玻璃的强度安全系数大于2.5
8、和应力集中系数大于2，是参考新加坡大学离心机模型箱的规定而确定的。考虑到安全的因素，新加工的模型箱，必须在满负荷下经过1.25倍设计加速度的考核。有机玻璃经长期使用易老化，应注意更换。s.0.3 除了加速度计外，市场所出售的各类传感器、摄像机均未考虑在大于lg的条件下使用，故新购的这类仪器设备，除了要求静力条件标定外，还要取其大于50%数量的传感器在预计的最大加速度条件下进行考核。因为这些传感器如有误差，故所测数据返回到原型会产生数量级的误差。25 6模型制作6.o. 1 士工离心模型试验与常规士工试验不同，它是用于测定整体土工构筑物的应力、变形和工作性状的试验。试验时需要启动各个系统，因此要
9、求试验负责人根据原型构筑物的资料预先提出模型试验计划大纲和模型设计书，经过参加试验的主管认可，才可开始制作模型，以免考虑不周，造成财力和时间浪费。6.0.2 制作离心模型的材料一般要求其物理力学性质与原型材料保持相似或相同。细粒黠性土除r结构性之外，其他性能如密度、含水率u均应满足相似性要求。无茹性土的粗颗粒，如卵石、块石等粒径均大于20mm。堆石坝料的尺寸有大至500mm的块石，而离心模型尺寸一般较小，不可能利用原型材料。在土工试验中常采用相似级配法或等量替代法，使原型材料级配按相似比例缩小，保持不均匀系数Cu和曲率系数C，与原材料的相同。这一方法也适用于制作土工离心模型。参见SL237 o
10、 对于薄型构筑物，其厚度按原型尺寸缩小有困难，可以用替代材料按式（3）计算模拟原型构筑物的厚度dpEp(l）丁I I (3) m n LEm(l ）式中：dp,dm一一一分别为原型和替代材料的厚度；Ep, Em分别为原型和替代材料的弹性模量；p m一分别为原型和替代材料的泊松比；n一一模型率。对于土工合成材料如土工织物、土工膜厚度的模拟，应满足式（4)26 tmEm二l_tED n (4) 式中：儿，lm一分别为原型材料和替代材料的厚度；Er ,Em一一分别为原型材料和替代材料的拉伸模量；n 模型率。6.o.s 埋入式传感器的尺寸应小于lOmm。士压力传感器的模量，尽可能与被测士体的模量一致，
11、以免产生拱效应。模型表面及模型体内的传感器，应尽可能避免影响土体的自由变形。27 7试验步骤7.0.3 为保证离心机转臂和转轴的安全运行，每次试验的模型箱吊装必须进行平衡计算，求出不平衡力矩和偏心矩。随离心机的结构及使用的材料不同，每台离心机允许的最大不平衡力矩和偏心矩也不尽相同，故本规程未作规定。英国剑桥大学的离心机和新加坡大学的离心机，不平衡力矩都控制在不大于平衡力矩的2%，中国水利水电科学研究院的离心机允许的最大不平衡力矩为平衡力短的6.6%。新加股大学离心机允许偏心距的经验公式为m阳咱Ve = 502m e 式中：e一允许偏心距，mm;mmax 离心机允许的最大质量，kg;me一有效荷
12、重质量，kg。(5) 式（5）表明，偏心距e随允许最大荷重质量及有效荷重质量而变。7.0.4 在土工离心模型试验中，保证安全运行至关重要，因为离心机是在高加速度下运行，如有局部未达到安全要求，则其损失可能是灾难性的，美国、英国、新加坡、加拿大及国内的一些离心模型试验，均对安全运行提出了严格要求。故本条要求在离心机正式启动前，对模型制作、仪器安装，离心机各紧固件和辅助设备等，均要进行安全检查。7, 0.11 停机后检查。按本条1)、2）条款，试验停止后，操作人员应对试验机器的各部件及辅助设备进行检查，如发现有不正常情况或部件有损坏，除了作好记录外，还应报告试验负责人进行修理，使离心机始终处于完好状态。28 书号：155083 155 定价：9.00 元趴。iNe【m同叶。
