DLT5102-1999土工离心模型试验规程.pdf 11页

'土工离心模型试验规程DL/T5102-1999 DL/T5102-1999前言本规程是根据原电力工业部1997年度电力行业标准制、修订计划项目(综科教「1998]28号文)的安排制定的，在编写格式和规则上符合DL/1"600一1996《电力标准编写的基本规定》。土工离心模型试验是一项近来新发展起来的试验技术，它能直观、正确地显示土体的工程性状，为设计、施工提供依据，验证已建构筑物的运行情况，并可作为基础性研究的一种方法。世界各国均在竞相发展此项试验技术。我国自80年代起，许多科研机构、大专院校先后建立了自己的离心模型试验室，为许多重点工程的设计、施工提供了有关资料，同时也在一些基础性研究中取得了重要科研成果。离心模型试验在设备、测量仪器、模型制作、数据和图像采集等方面较为复杂，同时在试验进行过程中要保证安全，防止发生事故，故需要一定操作程序和要求，以保证试验资料的可靠性和试验设备仪器的安全运行。为此编制本规程。本规程在编写过程中参考了国内外一些离心模型试验室所订的规程、细则、手册和积累的模型试验经验。主要包括以下基本内容:(1)试验准则;(2)试验设备;(3)模型制作;(4)试验步骤;(5)试验资料本规程的附录A是提示的附录。本规程由中国水利水电科学研究院提出。本规程由电力行业水电施工标准化技术委员会归口。本规程起草单位:中国水利水电科学研究院c本规程主要起草人:韩连兵、朱思哲、侯瑜京、杜延龄、黄丽清本规程由电力行业水电施工标准化技术委员会负责解释c1064 DL/T5102-1999目次前言，................................................................................................·⋯⋯10641范围·.....................................····，，······，···········································⋯⋯10662引用标准···4···，······，，····················································，········，············，⋯10663术语····················，······，，............................................·······，·····，······，·⋯10664总则···································，·，·····，，······，················................................10675试验设备···········4···············，·····，，······，······，·····························，，，····，··⋯10686模型制作································································，····················⋯⋯10697试验步骤··················4································，····，‘··························⋯⋯10698试验资料············4······················，，，············，，······，·······4·················，，，一10719记录表格··········，，·····，，··································........................................1072附录A(提示的附录)物理量变换表···················································⋯⋯1073 1范围1.0.1本规程规定了土工离心模型实验中，试验设备的主要组成部件、模型制作方法、试验操作程序和试验数据采集与资料整理的要求1.0.2本规程适用于各类岩土工程构筑物的模型试验，如土石坝、路堤、开挖边坡、挡土构筑物、地下隧道和厂房等，以及其他模拟原型构筑物重力的试验2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T15406-1994土工仪器的基本参数及通用技术条件GB/T50123-1999土工试验方法标准SL237-1999土工试验规程3术语3.0.1模型率scalingfactor原形几何尺寸与模型几何尺寸的比值。3.0.2离心加速度二ntrifugeacceleration离心机转臂转动时，沿半径方向所产生的加速度，其方向与向心加速度方向相反，大小相等，其值与转臂的转速和考察点至转轴轴心距有关。3.0.3有效加速度effectiveacceleration有效荷重质心的离心加速度。3.0.4试验加速度testingacceleration模型质心的离心加速度。3.0.5模型箱container用以制作模型和安装仪器的箱体，是模型与吊篮之间的连接部件。3.0.6有效荷重effectiveload吊篮所承受荷重的质量，包括模型箱体、模型、量测仪器和安装架、电缆等的质量总和。3.0.7平衡荷重balancingload平衡有效荷重的质量。3.0.8模型荷重modelload模型材料的总质量3.0.9转动半径rotatingradius1066 转臂转动时，吊篮底板至转动轴心的距离3.0.10有效半径effectiveradius有效荷重的质心至转动轴心的距离。3.0.11平衡半径balancingradius平衡荷重质心至转动轴心的距离。3.0.12试验半径testingradius模型质心至转动轴心的距离。3.0.13有效荷重质心masscenterofeffectiveload组成有效荷重的各部分质心的合成质心。3.0.14平衡荷重质心二asscenterofbalancingload组成平衡荷重的各平衡块质心的合成质心3.0.15模型质心centerofmodelmass组成模型的各种材料质心的合成质心。3.0.16允许加速度误差permissibleerrorofacceleration距模型质心最远点的加速度对模型质心加速度的相对误差。3.0.17离心机最大容量maximumcapacityofcentrifuge离心机的最大加速度与最大有效荷重质量的乘积。3.0.18有效容量effectivecapacity离心机的试验加速度与有效荷载的乘积。4总则4.0.1模型试验应按符合相似律要求和允许的误差，选择模型尺寸、模型材料，使之能正确模拟原型物体的应力、应变及其工作性状。4.0.2模型设计应按离心机的基本参数进行，如转动半径、吊篮尺寸、有效荷重和允许最大加速度等。根据相似原理和试验要求，确定与此相关的相似条件，选择模型试验参数。试验离心力应小于离心机允许的最大离心力。4.0.3根据模型尺寸和原型构筑物的尺寸.按式(4.0.3)确宁撑型率、:丛(4.0.3)L二式中:L,—原型构筑物尺寸;Lm—模型尺寸。4.0.4试验加速度应小于离心机允许的最大加速度，有效荷重质量应小于离心机允许的最大质量。按式(4.0.4)计算试验加速度:a=,一ILmg(4.0.4)式中:9—重力加速度4.0.5制作模型的材料应采用原型材料，并具有与原型材料相同的物理力学性质，或采用符合相似律的替代材料。1067 5试验设备5.0.1土工离心机的各组成部件(见图5.0.1)，包括转动机构(图中1,2及7-9)、传动机构(图中3-6),辅助设备(润滑系统、冷却系统、供水系统、报警系统)。1)转动机构中的平衡重可以和吊篮同步摆动，也可以固定在转臂上。2)润滑系统指转动轴、轴承、减速器等工作时的供油回路系统。3)冷却系统是指离心机运转时，保证轴承、减速器的机械冷却及使离心机室内温度控制在4℃一40℃的采用风冷或水冷的循环散热系统。5.0.2模型箱的几何尺寸及形状应根据试验要求选定，如圆柱形、方形或长方形，不管哪种类型的模型箱都应满足以下要求:1)制造模型箱的材料应为强度高、刚度大的轻型材料，如铝合金等。2)模型箱如有一侧为有机玻璃窗，有机玻璃面应透明无刻痕、无裂缝，有足够的强度。3)模型箱应有供水、排水系统和安装量测设备的装置，并要求在箱室内充满水时，承受设计加速度情况下不漏水。4)模型箱的底板和周边在最大荷载作用下的挠度应不大于O.lmm,5)新模型箱使用之前应在满荷载和加速度为1.25a(a—设计允许的加速度)的作用下进行检验。5.0.3量侧设备包括前置放大器和各类传感器(孔隙压力、位移、土压力和加速度等传感器)、数据采集、摄像设备(见图5.0.1中10,11)等。传感器在使用之前应进行静力标定，应取不少于50%的传感器按试验要求进行加速度考核，其误差范围应符合GB/115406的规定。5.0.4附属设备包括分析筛、制模用具、台秤〔感量小于0.001t,t为有效荷重)和取样器等。图5.0.1土工离心机1一转轴;2一平衡重3一电动机及整流系统4-砖动轴:5一减速器;6es~机座:7-转臂8一吊篮:9-滑环:11H摄像系统:11-数据采集系统1068 6模型制作6.0.1在制作模型前，应对原型构筑物的设计资料，如边界条件、材料性质和模拟研究的问题等，进行分析，提出试验计戈J大纲及每次试验历时和模型设计书(模型设计书包括模型材料、模型率、加速度、测点布置及试验次数)。参加试验的人员应持有上岗证。6.0.2模型材料的物理力学性质，如密度、含水率、压缩性和强度等一般应与原型构筑物材料的相同。对于粗粒土，应按SL237-1999标准中的规定制作模型;如用原型材料有困难时，允许用相似材料替代，但应有试验依据和符合相似律的要求。相似材料的物理力学性质应与原型材料相同或相似。6.0.3按本规程式(4.0.3)确定模型率二时，还应考虑允许加速度误差及离心机最大容量。，应满足式(6.0.3-1)及式(6.0.3一2):n=Lp/(2aRm)(6.0.3-1)n止乙(6.0.3-2)召刀2。式中:L,—原型构筑物尺寸，m;a—允许加速度误差((士546);R,—试验半径，m;me—有效荷重质量，kg;。—离心机最大容量，g"to6.0.4根据初步确定的模型率二值，按原型几何尺寸缩小至1/n制作模型。若模型箱的尺寸不能满足模型尺寸要求，可调整。值。模型尺寸应尽可能大些，以便能清晰地显示模型的变形。6.0.5传感器的埋设应与模型材料接触密实，动力线和传感器的导线应弯曲成蛇形固定在转臂的导杆上或模型箱周壁上，以防止受力拉断。在同一测点上尽可能平行设置两个同类传感器，便于互相校核。6.0.6在土料模型的制作过程中应沿垂直断面和水平层取样，检测其密度和含水率是否符合原型材料的要求。模型箱的侧壁与模型接触面应采取措施，如铺聚四氟乙稀薄膜或涂润滑硅脂以减少摩擦阻力。6.0.7模型与透明有机玻璃板接触断面处应分层埋设测点标志，并绘出坐标方格，记下各测点的坐标。6.0.8称模型箱的总质量(包括已制作好的模型、量测传感器、导管电缆等)C6.0.，在模型制作、仪器安装和称总质量的过程中，试验负责人应在现场，由校核人员检查是否符合已认可的模型设计要求，经认可后方可安放于吊篮内。7试验步骤7.0.1将模型箱安装于试验吊篮内并固定于吊篮底板上。模型箱底板应与吊篮板面平面接1069 触，不应有起伏不平或倾斜7.0.2将各传感器和摄像机头的电线连接于接线板上，并将电线固定于吊篮框架上，然后启动数据采集和摄像系统，检查显示信号是否正常，经过校核人员检查认可。7.0.3调整平衡荷重，平衡荷重质心与有效荷重质』L."绕转动轴心转动的平衡力矩应满足式(7.0.3):ER,W,=ER,W,(7.0.3)式中:W。—有效荷重重量，N;W—平衡荷重重量，N;Re—有效半径，m或mm;R,—平衡荷重重心至转动轴心的距离，m或二。离心机的不平衡力矩和偏心距按表7.0.3所示各栏进行计算，其值应小于设计允许值表7.0.3离心模型平衡计其项目名称:转动半径R;m模型编号:试验者最大加速度:校核者:重亡至吊重心偏心距重量W嫉底板N"mm部件名称N距离Zx一、、’W、’(l)】1ltl有1lln飞(2)(3)效荷一一一EW=Z=x=Y=#W,x=艺WeY=乏W,Z二重Z一瓷(mm),x一鄂(mm).Y一兴(mm),R.--R一夕(mm)，有效荷载力矩=ZW,xR,(N.-)平衡块重量一，量w1之老NTw(w2)t)c#一、3)N-平(l)(t)x(2)举1(5))_#NE(-W3-)}Zx(4)衡重ZW竺艺WZ=Z-鄂(mm),*一*一Z,平衡力矩一二/R,(N"mm)日期:注1.不平衡力矩FW,R一EW,R,(、·。)2一作用在吊篮底板上的不平衡重量=不平衡力矩/R,(N)3.有效荷重重心偏心距，一杯万Y=(。)4.牙一重心距吊篮底板距离(mm);灭一重心垂直于转臂的水平距离(二)下一重心距转臂的垂直距离(mm)70.4按如下要求进行安全检查:1)对本节7.0.1一7.0.3每一步骤应由安全人员复查并签字认可。2}在离心机主机室内，转臂上和吊篮内不得留有任何杂物，紧固件不得松动。门窗须1070 经安全人员仔细检查后，方可关闭主机室安全门。3)离心机的传动机构及辅助设备应预试启动，并确认其处于正常工作状态。4)上述三项工作应经离心机操作负责人签字认可后，方可正式启动7.0.5应先启动辅助设备，待运行稳定后，再启动离心机，同时试验人员开始对试验过程和试验数据进行监测。7.0.6按式(7.0.6)计算转臂的转速N一“9.903甲磷(7.0.6)式中:。—模型率;Rm—试验半径，m;N—转臂转速，r/min7.0.7离心机转臂转动后，加速度从零升至预定加速度所需历时，应由试验负责人根据试验要求确定。按式(7.0.7)计算有效加速度历时:to=t}+tj,/2(7.0.7)式中:to.有效加速度历时，rmn;‘。—试验加速度历时，nun,l=,—从启动至预定试验加速度历时，min,7.0.8有下列情况之一者，可以停机或延长试验时间:l)试验已达到预计的有效加速度历时;2)试验负责人根据数据采集或录像资料认为可以停机;3)遇有报警信号，应由操作负责人根据情况决定停机;4)试验负责人认为需要延长预定的试验时间，则应与操作负责人商定延长时间。7.0.，达到预计历时，停止试验。依次关闭转动机构、辅助设备、数据采集系统。7.0.10离心机运转期间，未经允许，非操作人员不得进人控制室内或触动控制按钮。7.0.11停机后检查:幻离心机转臂转动停止后，操作人员开启安全门，试验负责人和操作人员方可进人圆形离心机室内。2)卸下模型箱和平衡荷重，并对离心机转臂、吊篮、照明、摄像设备和模型箱内的模型、量测设备及辅助设备等进行仔细检查，做好记录和填写运行情况报告表。S试验资料8.0.1在模型箱有机玻璃透明侧板上，测记埋设在断面内各测点的坐标，重新描绘模型轮廓线，并对模型各部位取样，按GB/C50123的规定，侧定其密度P及含水率w,8.0.2按附录A将各传感器测定的数据换算成原型的各相应物理量。8.0.3试验报告应包括:1)试验前后的模型轮廓线，及各部位的侧点〔位移、土压力、孔隙压力等)和加载设备布置等2)实测的模型各测点位移轨迹图和土压力、孔隙压力沿深度和平面的分布图和照片。1071 3)试验前后各层土密度产和含水率二的变化图或资料。4)如采用替代材料(非原型材料)，应提出按相似律分析的结果或试验资料等依据。5)量测仪器的型号、尺寸，及其准确度和布置位置。9记录表格9.0.1试验负责人按6.0.1条要求填写表9.0.1各栏所包括的内容。轰，0.1离心懊型试验计划襄项目名称模型率!月一委托单位试验加速度}“m一昭1一研究内容一规格、名称}数量}.}模型设备试验操作安全检查参加试验人员试验负责人协作人员操作负责人}}安全检查人1}试验室负责人慧见日期:9.0.2按7.0.4和7.0.1的要求，将试验前后安全检查的结果填写于表90.2所列各栏。衰9..2离心机试验设各运行衰项目名称最大加速度:_试验内容运行时间:_有效荷重质量试验日期:试脸负责人试验室负责人:__设备状态检查内容运行前签名1运行后」签名模型箱}}}摸吊篮}}看平衡重甲可t测仪器;}一主机室}}润滑系统冷却系统}}电机}.}一!整流器.一}一}1报誉系统1数转臂线路据清环{一l采数采系统一}集录像系统}{1072 90.3按7.0.5条的要求，将各传感器采集的数据记录于表9.0.3。裹9.03离心核型试脸记录衰项目名称:模型率:模型制作者:摸型类别:试验加速度:数据采集者:模型编号:试验历时:离心机操作者:试验说明:试验日期:校核者一转臂转速加速度计一位移计△:孔隙压力、土压力尸一录像试验时间备注Nk几妞a编号时间历时传感器编号N。传感器编号No_传感器编号入。传感器编号NoNoh-湘n-snl】1r/Inin;{:‘3一’‘’‘123l23l23一’‘‘一一一一一一一*一一1一!,一一{{一}一附录A(提示的附录)物理.变换表表AI物理t变换表物理量(模型)}加速度、时比尺一}原型物理量线性尺度L。一11/、1}、_面积A，一11/，，1。，Am体积v二一1，/，，1}，，vm动态1/，一}。m时{习t二扩散一1/护凡Ztm猫猫流一11才m速加上刀m11vm加速度。m}"一a，/陀质t。二}1/。，"一力Fm}，/。，陀ZFm能量Em}1/。，1。，E二应力、1]r。应变。。一}1一}密度p，一}!一}1，。频率fm一}几/，1073'