第1章 相似模拟实验与测试技术.ppt

相似模拟实验与测试技术 采矿工程硕士10级 安徽理工大学能源学院 钱 彪 2011.3 基本概念 1.岩石力学模拟方法 （analog method for rock mechanics）根据相似原理，运用矿山岩石力学 的理论与法则，在模型上研究岩体在各种不同受力状 态下产生变形和破坏规律的方法。 岩石力学模拟方法，包括数学模拟和物理模拟。数 学模拟灵活方便，随着电子计算机的发展，用以解决的 问题越来越广泛和富有成效。物理模拟，既能全面模拟 原型，又能直观地显示岩石的力学过程。这两种模拟方 法配合于原型研究，往往是解决复杂岩石力学课题的 有效途径。 基本概念 岩石力学的研究对象，主要是作为地质体一部分 的工程岩体。这种复杂的介质，处于多因素同时作用的 地质环境中，又受到工程活动的干扰，矿山工程的原型 研究必然存在难以克服的问题，诸如:(l)导致岩石变 形和破坏的因素很多，如果抑止其余因素而只单独研 究某一因素的作用，就妨碍了理性认识的深化。(2)每 个矿区的地质及工程条件相差很大，某一矿区的试验 研究成果，很难直接用于其他矿区。(3)就现有测试手 段，不能探测全矿区尤其是深部岩体破坏状态，获取全 部资料。(4)试验研究周期长，花费人力及资金多。然而 模拟研究却可在一定程度上克服以上问题，因而成为 了岩石力学研究中不可替代的有效方法之一 . 基本概念 2.岩石力学物理模拟 （physical analog for rock mechanics ）矿山岩石力学研究中的物理模拟， 包括相似材料模拟、光测弹性材料模拟、底摩擦模拟及 离心模拟。 相似材料模拟，是采用力学上相似于原型材 料的人工材料，按一定比例建造一个相似于原型的力 学结构系统，施以相似于原型的载荷和工程活动，借以 研究原型的力学过程及其结果。 光测弹性材料模拟也 是以模型研究原型的力学问题，相似条件只有其结构 材料的弹性性质及型体的几何尺寸，研究的内容仅局 限于弹性范围内的应力分布状态。 底摩擦模拟，是把结 构模型置于可定向平移的底盘上，借运行的底盘与模 型之间产生的摩擦力模拟重力，研究工程岩体在重力 场中的破坏机制。 离心模拟是以离心力模拟重力的模 拟实验方法。 基本概念 3.相似原理 （theory of similarity ） 关于不 同规模物理现象保持相似的条件的学说，是用于指导 实验的理论。在实验研究中通常要解决以下三个问题: ①实验中应该测量哪些物理量? ②实验的结果应整理 成什么形式? ③实验求得的公式可以推广应用到什么 样的范围中去? 相似原理正是针对这些问题从实践中 总结出来并用以指导实验研究的理论基础。 模型试验 模型与原型——将所研究的对象根据相似原理按比例制成的物体或系统叫模型。被研究的对象称为模型的原型。 模型试验——按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将试验结果用于原型的试验方法。 模型试验的主要作用： 1.对复杂的、难以建立准确的数学模型的结构的力学行为进行研究，为设计和施工方案提供参考依据，直接服务于工程目的； 2.为建立新的理论或数学模型提供依据； 3.检验新理论或数学模型的正确性和实用性。 模型试验的优点：直观性；单因素分析（试验对象的主要参数可控、主要因素影响可重复试验）；省时、省力、省物；适应性（弥补数学分析的不足）。 模拟试验的局限性：相似条件/ 细部模拟/ 测试技术/ 干扰 课程教学 课程主要内容 1.相似理论 相似 相似三定理 单值条件 2.相似材料 3.模型设计与制作 4.相似实验测试 5.研究实例与实验 课程考查：作业、实验、考试 基本要求 1.对于相似理论，应作到内容熟、概念清，能灵活、熟练地应用，同时搞清其使用的条件和限制。 2.对于相似材料，要求了解以石膏为主要成分的脆性相似材料的力学性能；掌握材料配比的原则和用正交试验进行材料配比的方法；初步学会测定材料力学指标的手段。 3.对于模型设计，要求初步掌握从立项、选择相似材料、试验设备、测试方法到模型试验的整个程序。 4.对于模型试验，要求了解模型制作、试验实施的全过程。对线弹性模型试验、破坏模型试验和地质力学模型试验等三种模型试验的特点和任务有所了解。 5.学会数据的处理方法。 参考文献 1.李晓红.岩石力学实验模拟技术. 科学出版社.2007 2.顾大钊.相似材料与相似模型.中国矿业大学出版社.1995 3.李鸿昌.矿山压力的模拟试验.中国矿业大学出版社.1988 4.袁文忠.相似理论与静力学模型试验.西南交大出版社.1998 1.相似理论1.1 相似的概念 相似现象存在于自然、人类社会和人们的思维活动中。文学修辞中的