2模型相似关系设计的基本原则.doc

地下管线-土相互作用离心振动台试验相似关系设计 徐海岩* 王志佳 (西南交通大学土木工程学院，成都 611756) 摘要 地震作用下地下管线的动力响应是一个极为复杂的问题。离心振动台模型试验可以很好地模拟岩土工程中的地震问题。相似关系设计又是离心振动台模型试验的一个关键环节。本文在相似理论的基础上，基于Bockinghamπ定理，采用量纲分析法对地下管线-土相互作用的离心机振动台试验进行了模型相似关系设计，给出了地下管线一些关键物理量的相似常数，结果对地下结构-土相互作用的离心机振动台试验相似关系的设计具有一定的指导意义。 关键词 离心振动台，地下管线-土相互作用，相似关系设计，Bockinghamπ定理，量纲分析法 The Similitude Theory of Dynamic Centrifuge Model Test of Soil-underground Pipeline Interaction System Xu Haiyan* Wang Zhijia (Southwest Jiaotong University, College of civil engineering,Chengdu 611756,China) Abstract The dynamic response of underground pipeline under seismic ground motion is an extremely complicated problem. However, the model test of the centrifugal vibrator can simulate the seismic problems well, which may take place in the geotechnical engineering. Another key link in the model test of the centrifugal vibrator is the similitude design of relationship. This paper, based on the similarity theory and the theorem of Bockingham π, is aimed to simulate the similitude design of relationship of the interaction between the underground pipeline and soil with the dimensional method. Some important physical quantities of the underground pipeline are obtained by the test, whose conclusion is constructive for the similitude design of relationship in the model test of centrifugal vibrator about the underground structure- soil interaction. Keywords centrifugal vibrator; underground-soil interaction; similitude design of relationship; the theorem of Bockinghamπ; dimensional analysis 1引言 地震作用下场地土复杂的力学行为使得地下结构在地震过程中表现出复杂多变的破坏现象。地震对地下结构破坏的研究方法大致可分为三类：地震灾害调查，数值模拟与理论分析，振动台试验方法。其中模型振动台试验是研究工程结构抗震性能的重要方法[1]，主要包括普通振动台试验和离心机振动台试验。普通振动台模型试验是指模型在试验的过程中一直处于1g的重力加速度条件下，同时由于模型尺寸在原型的基础上有所缩小，所以在重力加速度为1g的情况下，模型的应力水平会产生失真[2]。离心机振动台试验通过增加模型的加速度，可以模拟出与原型相等或相近的应力水平，再现原型的物理特性，更易观测物理机制。目前，国内在研究岩土工程地震问题中已经应用动力离心模型试验技术，该技术在地震破坏机制、抗震设计分析、数值模型检验等方面表现出极大的优越性，并产生了良好的效果[3-4]。本文基于Bockingham π定理，采用量纲分析法对地下管线-土相互作用的离心机振动台试验进行了模型相似关系设计，对地下管线-土模型与原型的相似关系进行了分析，结果对地下管线-土相互作用的研究具有一定的参考作