Geotechnical centrifuge modeling
ભૂ-તકનીકી સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગ એ ભૂ-તકનીકી ઇજનેરી પ્રણાલીઓના ભૌતિક સ્કેલ મોડેલો જેમ કે કુદરતી અને માનવસર્જિત ઢોળાવ અને પૃથ્વી જાળવી રાખવાની રચનાઓ અને મકાન અથવા પુલના પાયાના પરીક્ષણ માટેની એક તકનીક છે. સ્કેલ મોડેલ સામાન્ય રીતે પ્રયોગશાળામાં બનાવવામાં આવે છે અને પછી સેન્ટ્રીફ્યુજના અંત પર લોડ કરવામાં આવે છે, જે સામાન્ય રીતે ત્રિજ્યામાં હોય છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ પર મોડેલોને સ્પિન કરવાનો હેતુ મોડેલ પર જી-ફોર્સ વધારવાનો છે જેથી મોડેલમાં સ્ટ્રેસ પ્રોટોટાઇપમાં સ્ટ્રેસની બરાબર હોય. ઉદાહરણ તરીકે, 50 ગ્રામના કેન્દ્રત્યાગી પ્રવેગ પર ફરતી નમૂનાની માટીના સ્તરની નીચેનું દબાણ પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણમાં માટીના પ્રોટોટાઇપ સ્તરની નીચે સમાન દબાણ પેદા કરે છે. વધતા ગુરુત્વાકર્ષણીય પ્રવેગનું અનુકરણ કરવા માટે કેન્દ્રત્યાગી પ્રવેગનો ઉપયોગ કરવાનો વિચાર સૌપ્રથમ ફિલિપ્સ (1869) દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. સોવિયેત યુનિયનમાં પોકરોવ્સ્કી અને ફેડોરોવ (1936) અને યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં બકી (1931) એ આ વિચારને અમલમાં મૂકનાર પ્રથમ હતા. એન્ડ્રુ એન. સ્કોફિલ્ડ (દા. ત. સ્કોફિલ્ડ 1980) એ સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગના આધુનિક વિકાસમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવી હતી. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગના સિદ્ધાંતો લાક્ષણિક ઉપયોગો ભૂ-તકનીકી સેન્ટ્રીફ્યુજનો ઉપયોગ ભૂ-તકનીકી સમસ્યાઓના નમૂનાઓનું પરીક્ષણ કરવા માટે થાય છે જેમ કે પુલો અને ઇમારતો માટેના પાયાની તાકાત, કઠોરતા અને ક્ષમતા, તટબંધોનું સમાધાન, ઢોળાવની સ્થિરતા, પૃથ્વીની જાળવણીની રચનાઓ, ટનલની સ્થિરતા અને દરિયાઈ દિવાલો. અન્ય ઉપયોગોમાં વિસ્ફોટક ક્રેટરિંગ, ભૂગર્ભ જળમાં દૂષિત સ્થળાંતર, હિમવર્ષા અને દરિયાઈ બરફનો સમાવેશ થાય છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ કોઈપણ મોટા પાયે બિનરેખીય સમસ્યાના સ્કેલ મોડેલિંગ માટે ઉપયોગી હોઈ શકે છે, જેના માટે ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રાથમિક પ્રેરક બળ છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ ભૂ-તકનીકી સામગ્રી જેમ કે માટી અને ખડક પર નમૂના પરીક્ષણ માટેનું કારણ બિન-રેખીય યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવે છે જે અસરકારક મર્યાદિત તણાવ અને તણાવના ઇતિહાસ પર આધાર રાખે છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલ અને પ્રોટોટાઇપમાં સમાન સ્વ-વજન તણાવ પેદા કરવા માટે ભૌતિક મોડેલોમાં વધેલા "ગુરુત્વાકર્ષણીય" પ્રવેગને લાગુ કરે છે. તણાવનું એકથી એક માપ ભૂ-તકનીકી નમૂનાઓની સમાનતામાં વધારો કરે છે અને ભૂકંપ-પ્રેરિત દ્રવીકરણ, માટી-માળખાની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને ગાઢ બિન-જલીય તબક્કાના પ્રવાહી જેવા પ્રદૂષકોના ભૂગર્ભ પરિવહન જેવી જટિલ સમસ્યાઓને ઉકેલવામાં મદદ કરવા માટે સચોટ માહિતી મેળવવાનું શક્ય બનાવે છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલ પરીક્ષણ વિકૃતિ અને નિષ્ફળતાની મૂળભૂત પદ્ધતિઓની આપણી સમજણને સુધારવા માટે ડેટા પ્રદાન કરે છે અને આંકડાકીય મોડેલોની ચકાસણી માટે ઉપયોગી બેન્ચમાર્ક પ્રદાન કરે છે. સ્કેલિંગ કાયદાઓ નોંધે છે કે આ લેખમાં, કોઈપણ જથ્થા પરની ફૂદડી તે જથ્થા માટેના સ્કેલ પરિબળને રજૂ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, માં, સબસ્ક્રિપ્ટ m "મોડેલ" નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને સબસ્ક્રિપ્ટ p "પ્રોટોટાઇપ" નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને જથ્થા માટે સ્કેલ પરિબળનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ પર મોડેલને કાંતવાનું કારણ એ છે કે નાના પાયે મોડેલોને સંપૂર્ણ પાયે પ્રોટોટાઇપ જેવા જ અસરકારક તાણ અનુભવવા માટે સક્ષમ બનાવવું. આ ધ્યેયને ગાણિતિક રીતે કહી શકાય કે જ્યાં ફૂદડી જથ્થો માટે સ્કેલિંગ પરિબળને રજૂ કરે છે, તે મોડેલમાં અસરકારક તાણ છે અને પ્રોટોટાઇપમાં અસરકારક તાણ છે. માટી મિકેનિક્સમાં ઊભી અસરકારક તાણ, ઉદાહરણ તરીકે, સામાન્ય રીતે ગણતરી કરવામાં આવે છે કે કુલ તાણ ક્યાં છે અને છિદ્ર દબાણ ક્યાં છે. છિદ્ર દબાણ વગરના એકસમાન સ્તર માટે, ઊંડાઈ પર કુલ ઊભી તાણની ગણતરી આ રીતે કરી શકાય છેઃ જ્યાં સ્તરની ઘનતાને રજૂ કરે છે અને ગુરુત્વાકર્ષણને રજૂ કરે છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગના પરંપરાગત સ્વરૂપમાં, તે લાક્ષણિક છે કે સમાન સામગ્રીનો ઉપયોગ મોડેલ અને પ્રોટોટાઇપમાં થાય છે; તેથી મોડેલ અને પ્રોટોટાઇપમાં ઘનતા સમાન છે, એટલે કે, વધુમાં, પરંપરાગત સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગમાં તમામ લંબાઈને સમાન પરિબળ દ્વારા માપવામાં આવે છે. પ્રોટોટાઇપમાં સમાન સ્ટ્રેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે, આપણે આમ જરૂર છે, જેને ફરીથી લખી શકાય છે ઉપરનો સ્કેલિંગ કાયદો જણાવે છે કે જો મોડેલમાં લંબાઈને અમુક પરિબળ, n દ્વારા ઘટાડવામાં આવે, તો પછી ગુરુત્વાકર્ષણીય પ્રવેગને સમાન પરિબળ, n દ્વારા વધારવી આવશ્યક છે જેથી મોડેલ અને પ્રોટોટાઇપમાં સમાન સ્ટ્રેસ જાળવી શકાય. ગતિશીલ સમસ્યાઓ ગતિશીલ સમસ્યાઓ માટે જ્યાં ગુરુત્વાકર્ષણ અને પ્રવેગ મહત્વપૂર્ણ છે, ગુરુત્વાકર્ષણને માપવામાં આવે તેમ તમામ પ્રવેગને માપવું આવશ્યક છે, એટલે કે. પ્રવેગના એકમો હોવાથી, તે જરૂરી છે કે તેથી તે જરૂરી છેઃ, અથવા આવર્તનમાં સમયના વ્યસ્ત એકમો હોય છે, વેગમાં સમય દીઠ લંબાઈના એકમો હોય છે, તેથી ગતિશીલ સમસ્યાઓ માટે આપણે પ્રસરણ સમસ્યાઓ પણ મેળવીએ છીએ. ઊર્જા, બળ, દબાણ, પ્રવેગક, વેગ વગેરે માટે સ્કેલ પરિબળો. નોંધ લો કે તાણમાં દબાણના એકમો અથવા એકમ વિસ્તાર દીઠ બળ હોય છે. આમ આપણે બતાવી શકીએ કે F = m * a (ન્યુટનનો નિયમ, બળ = દળ * પ્રવેગક) અને r = m/L3 (દળ ઘનતાની વ્યાખ્યા પરથી). અન્ય ઘણી માત્રાઓ માટે સ્કેલ પરિબળો ઉપરોક્ત સંબંધોમાંથી મેળવી શકાય છે. નીચેનું કોષ્ટક સેન્ટ્રીફ્યુજ પરીક્ષણ માટેના સામાન્ય સ્કેલ પરિબળોનો સારાંશ આપે છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડલ પરીક્ષણો માટે સ્કેલ પરિબળો (ગાર્નિયર એટ અલ., 2007 માંથી) (કોષ્ટક અહીં ઉમેરવાનું સૂચન કરવામાં આવ્યું છે) ભૂ-તકનીકી ભૂકંપ ઇજનેરીમાં સેન્ટ્રીફ્યુજનું મૂલ્ય મોટા ભૂકંપ વિરલ અને પુનરાવર્તિત નથી પરંતુ તે વિનાશક હોઈ શકે છે. આ તમામ પરિબળો ભૂકંપ પછીની ક્ષેત્રની તપાસ દ્વારા તેમની અસરોનો અભ્યાસ કરવા માટે જરૂરી માહિતી મેળવવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. મોટા પાયે માળખાઓનું ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન મોટા સમયગાળાની જાળવણી માટે ખર્ચાળ છે જે મોટા ભૂકંપ વચ્ચે પસાર થઈ શકે છે, અને ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશનને સૌથી વધુ વૈજ્ઞાનિક રીતે ઉપયોગી સ્થળોએ મૂકી શકાતું નથી. જો ઇજનેરો વાસ્તવિક નિષ્ફળતાઓમાંથી માહિતીના સમયસર રેકોર્ડિંગ મેળવવા માટે પૂરતા નસીબદાર હોય તો પણ, ત્યાં કોઈ ગેરેંટી નથી કે સાધન પુનરાવર્તિત માહિતી પ્રદાન કરી રહ્યું છે. વધુમાં, વાસ્તવિક ધરતીકંપોથી વૈજ્ઞાનિક રીતે શૈક્ષણિક નિષ્ફળતાઓ લોકોની સલામતીના ભોગે આવે છે. સમજી શકાય તેવું છે કે, વાસ્તવિક ભૂકંપ પછી, ઇજનેરોને નિષ્ફળતા સ્થિતિઓનો પૂરતો અભ્યાસ કરવાની તક મળે તે પહેલાં મોટાભાગની રસપ્રદ માહિતી ઝડપથી દૂર થઈ જાય છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડેલિંગ એ લોકોની સલામતીને જોખમમાં મૂક્યા વિના નિર્ણાયક માળખાઓ પર જમીનના ધ્રુજારીની અસરોનો અભ્યાસ કરવા માટેનું એક મૂલ્યવાન સાધન છે. વૈકલ્પિક ડિઝાઇન અથવા ધરતીકંપની રીટ્રોફિટિંગ તકનીકોની અસરકારકતાની સરખામણી પરીક્ષણોની પુનરાવર્તિત વૈજ્ઞાનિક શ્રેણીમાં કરી શકાય છે. આંકડાકીય નમૂનાઓની ચકાસણી સેન્ટ્રીફ્યુજ પરીક્ષણોનો ઉપયોગ ડિઝાઇન પ્રક્રિયા અથવા કમ્પ્યુટર મોડેલને ચકાસવા માટે પ્રાયોગિક માહિતી મેળવવા માટે પણ થઈ શકે છે. તાજેતરના દાયકાઓમાં કોમ્પ્યુટેશનલ પાવરના ઝડપી વિકાસથી ઇજનેરી વિશ્લેષણમાં ક્રાંતિ આવી છે. ભૂકંપ અને અન્ય ભાર દરમિયાન ભૂ-તકનીકી માળખાઓની વર્તણૂકની આગાહી કરવા માટે ઘણા કમ્પ્યુટર નમૂનાઓ વિકસાવવામાં આવ્યા છે. કોમ્પ્યુટર મોડેલનો આત્મવિશ્વાસ સાથે ઉપયોગ કરી શકાય તે પહેલાં, તે પુરાવાના આધારે માન્ય સાબિત થવું આવશ્યક છે. ઉદાહરણ તરીકે, કુદરતી ધરતીકંપો દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલ અપૂરતી અને પુનરાવર્તિત ન કરી શકાય તેવી માહિતી સામાન્ય રીતે આ હેતુ માટે અપૂરતી હોય છે. માટીના વર્તનની જટિલતાને કારણે ભૂ-તકનીકી ઇજનેરીના ક્ષેત્રમાં કોમ્પ્યુટેશનલ અલ્ગોરિધમ દ્વારા કરવામાં આવેલી ધારણાઓની માન્યતાની ચકાસણી ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે. માટી અત્યંત બિન-રેખીય વર્તણૂક દર્શાવે છે, તેમની તાકાત અને જડતા તેમના તણાવના ઇતિહાસ અને છિદ્રોના પ્રવાહીમાં પાણીના દબાણ પર આધાર રાખે છે, જે તમામ ભૂકંપને કારણે થતા લોડિંગ દરમિયાન વિકસિત થઈ શકે છે. કોમ્પ્યુટર મોડેલો કે જે આ ઘટનાનું અનુકરણ કરવા માટે બનાવાયેલ છે તે ખૂબ જ જટિલ છે અને તેની વ્યાપક ચકાસણીની જરૂર છે. સેન્ટ્રીફ્યુજ પરીક્ષણોમાંથી પ્રાયોગિક માહિતી કોમ્પ્યુટેશનલ અલ્ગોરિધમ દ્વારા કરવામાં આવેલી ધારણાઓની ચકાસણી માટે ઉપયોગી છે. જો પરિણામો કમ્પ્યુટર મોડેલને અચોક્કસ દર્શાવે છે, તો સેન્ટ્રીફ્યુજ પરીક્ષણ ડેટા ભૌતિક પ્રક્રિયાઓની સમજ આપે છે જે બદલામાં વધુ સારા કમ્પ્યુટર મોડેલોના વિકાસને ઉત્તેજિત કરે છે. એન્ડ્રુ એન. સ્કોફિલ્ડ સિવિલ એન્જિનિયર જિયોટેક્નિકલ એન્જિનિયરિંગ નેટવર્ક ફોર અર્થક્વેક એન્જિનિયરિંગ સિમ્યુલેશન ફિઝિકલ મોડલ સ્કેલ મોડલ સોઇલ મિકેનિક્સ રેફરન્સ સ્કોફિલ્ડ (1993), કેમ ક્લેથી સેન્ટ્રીફ્યુજ મોડલ સુધી, JSSMFE વોલ્યુમ પણ જુઓ. 41, નં. 5 સેર. નં. 424 પીપી 83-87, નં. 6 સેર. નં. 425 pp 84-90, નં. 7, સર. નં. 426 pp 71-78. બાહ્ય કડીઓ જિયોટેક્નિક્સમાં ભૌતિક મોડેલિંગ પર તકનીકી સમિતિ ઇન્ટરનેશનલ સોસાયટી ફોર સોઇલ મિકેનિક્સ એન્ડ જિયોટેક્નિકલ એન્જિનિયરિંગ અમેરિકન સોસાયટી ઓફ સિવિલ એન્જિનિયર્સ એક્ટિડિન સિસ્ટમ્સ એસ. એ.-જિયોટેક્નિકલ પ્રયોગશાળાઓમાં જિયોટેક્નિકલ બાસ્કેટ સેન્ટ્રીફ્યુજ પરીક્ષણોના ઉદાહરણો સિવિલ એન્જિનિયરિંગ સ્કેલ મોડેલિંગ