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土工離心模型試驗

土工離心模型試驗（geotechnical centrifugal model test），是利用離心機提供的離心力模擬重力，按相似準則，將原型的幾何形狀按比例縮小，用相同物理性狀的土體制成模型，使其在離心力場中的應力狀態與原型在重力場中一致，以研究工程性狀的測試技術。

定　　義: 利用離心機提供的離心力模擬重力，按相似準則，將原型的幾何形狀按比例縮小，用相同物理性狀的土體制成模型，使其在離心力場中的應力狀態與原型在重力場中一致，以研究工程性狀的測試技術。

離心^[1] 模型試驗是利用人造之離心力來模擬重力，將大地工程造構模型的自重提高到與原型相同的狀態。離心模型原理之正確性乃基於以下兩個物理原理：

1，根據近代相對論解釋牛頓的重力與慣性力是等效的，所以原型受地球的重力與模型在離心機上受離心慣性力其物理效應是一致的。

2·材料之力學性質主要與電子雲內之電磁力有關重力或離心力與電磁力相比微不足道，一般之機械設計並未對處於高速度之機械零件做特殊之考慮，因此在離心力場內土壤之材料性質亦不至於改變。

離心力模型的基本相似定義為：

1.若將1/N縮尺模型置於Ng之離心力場中，則自重增加N倍，於是模型中每點所受的應力與原型中相對應點所受之應力是相等的，因此在整個試驗過程中，離心模型中各點之應力路徑須與原形相似。

2.當超額孔隙水壓的分佈在原型及1/N縮尺之離心模型中呈現相似狀況時，若模型置於Ng之離心力場中，則模型中孔隙水壓的消散時間為原型的1/N²倍，由此特性可利用來模擬實際土層數十年甚至數百年之壓密。

經由因次分析，可利用得到離心模型與原型的相似比在相同土壤與相同流體條件下之離心模型與原型其主要的物理量及相似性比較，發現除了時間因次在動態事件中縮小n倍，而孔隙水壓力消散速率則加n2倍不完全相符外，離心模型試驗在其他因次均可得到一致之模擬效果。

就總體而論，離心模型試驗具有下列幾項優點：

（1）可以減少模型尺寸

（2）離心模型所承受的壓力狀態與原型相同

（3）離心模型內各點之應力途徑與原型相符

（4）可作為數值分析的驗證工具。

參考資料

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