專利名稱：離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于桶形基礎研究的試驗方法。
背景技術：
桶形基礎是近年來發(fā)展起來的新型平臺基礎，由于多種優(yōu)越性而受到廣泛的重視。但是關于其承載力特性，尤其是動載下的承載力特性仍然不清楚。動冰載是渤海地區(qū)海洋平臺設計的控制載荷，在動冰載作用下，冰、結(jié)構(gòu)與桶形基礎之間會產(chǎn)生復雜的動力學耦合作用。為了能給今后載渤海地區(qū)桶形基礎平臺設計打下基礎和提供基礎參數(shù)，就需要在這方面進行深入的研究。需要研究的具體內(nèi)容主要包括動冰載下桶形承載力與變形、桶周土體液化條件及影響范圍，以及穩(wěn)定性評價分析方法等。
該問題涉及到復雜的流固土耦合效應，國外在這方面的研究很少，且因保密原因，我們難以得到具體數(shù)據(jù)，國內(nèi)沒有這方面的研究。鑒于此，我們首先必須開展的工作是進行大量的實驗以獲得大量基礎數(shù)據(jù)，在此基礎上進行分析，才能獲得符合實際的承載及變形特性及分析方法?，F(xiàn)場原型實驗是最能反映實際的，但是由于花費巨大且實驗周期長，實驗條件也難以控制，因此一般不采用。小尺度模型實驗能較快實施，花費也小，但是由于不能反映現(xiàn)場的實際應力水平，即不能滿足重力相似，而土體的一個重要特性就是土性是依賴于應力水平的，在本問題缺乏一手資料，對基本特性完全不了解的情況下，采用該類實驗也是不合適的。離心機實驗由于使模型處于高加速度場中，能滿足重力相似，或者說，能以小比尺模型模擬大比尺實際結(jié)構(gòu)的效應，因此離心機實驗是模擬本問題的合適的選擇。但是離心機實驗中也存在較難處理的問題，如存在滲流和慣性兩個不同的時間比尺，即滲流耗散特征時間是1/N2，而慣性作用時間是1/N，而滲流效應和慣性效應在本問題中同等重要，因此如何解決這兩個時間尺度沖突就成了本問題離心機模擬的關鍵。以前類似問題中的解決辦法是(1)換液相材料，如將孔隙液體換成硅油以增加粘性，降低滲透性。該方法的主要缺點是增大介質(zhì)的阻尼；同時對介質(zhì)的剪脹性等也有影響，且使實驗操作困難；(2)換固相材料以直接降低滲透性。該方法的缺點是材料的性質(zhì)一般會由于顆粒級配變化而發(fā)生明顯變化。采用兩種方法均需要對換材料后的兩相飽和介質(zhì)的力學性質(zhì)進行大量土性實驗以評估換前換后的差別，增加更多的人力、物力和時間消耗。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法，該方法不需要更換液相材料或固相材料，也可以實現(xiàn)對桶形基礎的滲流相似模擬試驗。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法包括如下步驟1)選取原狀土進行測量，獲得滲透系數(shù)K、水粘性系數(shù)μ、載荷系數(shù)f、材料模量E、孔隙比e、載荷作用時間T和桶形基礎高度H；2)確定上述系數(shù)是否滿足以下條件KE(1+e)H2fμ>>1,TKE(1+e)μH2>>1,Tf>>1;]]>3)滿足上述條件后，用該原狀土制樣，放入基礎中，施加動力載荷至變形不再發(fā)展，然后測量變形和力的相應數(shù)值；4)根據(jù)步驟3)所取得的值繪制關系曲線。
進一步，在所述步驟3)所得到的相應數(shù)值的基礎上加上修正項Σn=1∞Cn(Kωμ)n>>1,]]>其中, 為載荷頻率。
本發(fā)明通過對原狀土進行分析和研究，使其滿足一定的條件，然后用該原狀土進行桶形基礎試驗，所獲取的各項數(shù)值能夠很好地反映實際海洋平臺的動載荷狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明動載下影響區(qū)寬度的理論與實驗值對比(圓圈點為實驗值修正后的值，其他點為實驗值，線為理論值，)的關系曲線圖。
圖2為本發(fā)明孔隙壓力隨時間變化的曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體步驟如下1)選取原狀土進行測量，獲得滲透系數(shù)K、水粘性系數(shù)μ、載荷系數(shù)f、材料模量E、孔隙比e、載荷作用時間T和桶形基礎高度H；2)確定上述系數(shù)是否滿足以下條件
KE(1+e)H2fμ>>1,TKE(1+e)μH2>>1,Tf>>1;]]>3)滿足上述條件后，用該原狀土制樣，放入基礎中，施加動力載荷至變形不在發(fā)展，然后測量變形和力的相應數(shù)值；4)在上述步驟3)所獲得的相應數(shù)值的基礎上加上修正項Σn=1∞Cn(Kωμ)n>>1,]]>其中, 為載荷頻率；5)根據(jù)步驟3)和4)所取得的值制作關系曲線。
圖1是本發(fā)明動載下影響區(qū)寬度的理論與實驗值對比(圓圈點為實驗值修正后的值，其他點為實驗值，線為理論值，)的關系曲線圖，如圖1所示，試驗值及修正后的值能夠很好地反映真實值，因此可以作為海洋平臺的動載荷狀態(tài)試驗研究。
圖2為本發(fā)明孔隙壓力隨時間變化曲線圖。由理論分析，我們得到動冰載下桶基響應達到穩(wěn)態(tài)需要的時間為tc~μL2Ek,]]>根據(jù)土體參數(shù)及該式估算出的達到穩(wěn)態(tài)的時間約為2小時，這與實驗結(jié)果即該圖所示的結(jié)果是一致的，達到穩(wěn)態(tài)的時間是孔壓下降到基本不變的時間，見圖中箭頭所指的位置。
權利要求
1.一種離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟1)選取原狀土進行測量，獲得滲透系數(shù)K、水粘性系數(shù)μ、載荷系數(shù)f、材料模量E、孔隙比e、載荷作用時間T和桶形基礎高度H；2)確定上述系數(shù)是否滿足以下條件KE(1+e)H2fμ>>1,TKE(1+e)μH2>>1,]]>Tf＞＞1；3)滿足上述條件后，用該原狀土制樣，放入基礎中，施加動力載荷至變形不再發(fā)展，然后測量變形和力的相應數(shù)值；4)根據(jù)步驟3)所取得的值繪制關系曲線。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法，其特征在于，在所述步驟3)的所獲取的相應數(shù)值的基礎上加上修正項Σn=1∞Cn(Kωμ)n>>1,]]>其中， 為載荷頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心機動態(tài)模擬中滲流相似的試驗方法，包括如下步驟1)選取原狀土進行測量，獲得滲透系數(shù)K、水粘性系數(shù)μ、載荷系數(shù)f、材料模量E、孔隙比e和載荷作用時間T等；2)確定上述系數(shù)是否滿足以下條件KE(1+e)/H
文檔編號E02D33/00GK1869637SQ20061008150
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權日2006年5月24日
發(fā)明者魯曉兵, 王淑云, 王愛蘭, 趙京 申請人:中國科學院力學研究所