離心模型試驗的應用

◎離心模型試驗的應用包括下面幾個方向:


(1) 複雜破壞機制的觀察或地工新現象的發現與檢視。圖4是位於均質土層中70度的模型黏土邊坡,經過離心模型試驗後的破壞形狀,圖中顯示有兩個圓弧破壞面(首先產生坡趾破壞繼而發生深層破壞)。對教學而言,物理模型試驗是一個相當有效的展示方法,學生可直接印證書本的理論及破壞模態,這些照片對初學邊坡穩定分析者可以增進其了解,可作為大地工程教學之用。圖5是位於中等緊密飽和砂土層的隧道破壞型態(深徑比 = 4),圖中顯示破壞的範圍,另外也顯示破壞面逐漸往上發展的過程。圖6及圖7為新挖隧道對既存隧道襯砌的影響照片,圖6為既存隧道襯砌受到新挖隧道大量土壤漏失造成破壞後,隧道周圍土壤的變位情況。圖7則為襯砌破壞的型式。從既存隧道襯砌穩定至破壞的過程中,也可連續量取襯砌彎矩的變化甚至作用於襯砌周圍土壓力的變化。

   ( 圖 . 4 )邊坡穩定離心模型試驗成果    

   ( 圖 . 5 )深徑比=4之隧道破壞機制  

  ( 圖 . 6 )新挖隧道大量土壤漏失造成既存隧道襯砌破壞後,隧道周圍土壤的變位情形

   ( 圖 . 7 ) 鄰近既存隧道的新挖隧道對既存隧道襯砌的影響

 


(2) 地工參數的研究,對各種地工結構穩定的變因,可以利用離心模型較現場試驗容易控制變因的優點進行參數研究,了解影響地工結構穩定最主要破壞、變形因子,這對新工法的研發或各種工法有效性的評估有相當的直接助益。


(3) 理論及數值分析結果的驗證,離心模型較現場大尺寸原型試驗容易控制地工材料的變異性及邊界條件,因此可以利用模型試驗結果來驗證理論及數值分析結果。但是值得注意的是現場大尺寸原型試驗、理論及數值分析以及離心模型這三種方法各有其優缺點,如何相輔相成是值得大家來討論的。