第一章相似模拟实验与测试技术介绍.ppt

四、边界条件一致 模型的边界条件与原型一致。 （1）实际岩体处于三向应力状态，模型有： 立体模型 平面应变模型 前后面限制变形，ε=0 平面应力模型 前后面无限制，不满足边界相似条件。模型介质的刚度低于原型，设计中采用(E/1-μ2)m代替 EM 。 （2）用外载荷代替采深岩体自重时，模拟研究开挖工程问题的应力应变分布范围应保证大于开挖空间3~5倍。 构造应力场采用三向加载方法模拟。 作业题思考题 1、采用直线型强度曲线方程，如何做到模型与原型材料破坏相似？ 2、用与原型相同的材料制作模型进行研究试验，是否可行？应满足什么条件？ 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 相似模拟实验与测试技术 采矿工程硕士11级 安徽理工大学能源学院 钱 彪 2012.4 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