Geotechnical centrifuge modeling
जियोटेक्निकल सेन्ट्रीफ्यूज मॉडलिंग प्राकृतिक और मानव निर्मित ढलानों और पृथ्वी को बनाए रखने वाली संरचनाओं और भवन या पुल की नींव जैसे जियोटेक्निकल इंजीनियरिंग प्रणालियों के भौतिक पैमाने के मॉडल का परीक्षण करने के लिए एक तकनीक है। स्केल मॉडल आमतौर पर प्रयोगशाला में बनाया जाता है और फिर अपकेंद्रण के अंत में लोड किया जाता है, जो आमतौर पर त्रिज्या के बीच होता है। अपकेंद्रण पर मॉडलों को घुमाने का उद्देश्य मॉडल पर जी-बल को बढ़ाना है ताकि मॉडल में तनाव प्रोटोटाइप में तनाव के बराबर हो। उदाहरण के लिए, 50 ग्राम के केंद्रापसारक त्वरण पर घूमती मॉडल मिट्टी की एक परत के नीचे तनाव पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण में मिट्टी की एक प्रोटोटाइप परत के नीचे के बराबर तनाव पैदा करता है। गुरुत्वाकर्षण त्वरण में वृद्धि का अनुकरण करने के लिए अपकेंद्र त्वरण का उपयोग करने का विचार पहली बार फिलिप्स (1869) द्वारा प्रस्तावित किया गया था। सोवियत संघ में पोक्रोव्स्की और फेडोरोव (1936) और संयुक्त राज्य अमेरिका में बकी (1931) इस विचार को लागू करने वाले पहले व्यक्ति थे। एंड्रयू एन. स्कोफील्ड (उदा. स्कोफील्ड 1980) ने अपकेंद्रण प्रतिरूपण के आधुनिक विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। सेन्ट्रीफ्यूज मॉडलिंग के सिद्धांत विशिष्ट अनुप्रयोग एक भू-तकनीकी सेंट्रीफ्यूज का उपयोग भू-तकनीकी समस्याओं के मॉडल जैसे कि पुलों और इमारतों की नींव की ताकत, कठोरता और क्षमता, तटबंधों का निपटान, ढलानों की स्थिरता, पृथ्वी बनाए रखने की संरचना, सुरंग स्थिरता और समुद्री दीवारों का परीक्षण करने के लिए किया जाता है। अन्य अनुप्रयोगों में विस्फोटक क्रेटरिंग, भूजल में दूषित माइग्रेशन, फ्रॉस्ट हीव और समुद्री बर्फ शामिल हैं। अपकेंद्रण किसी भी बड़े पैमाने पर अरैखिक समस्या के पैमाने के प्रतिरूपण के लिए उपयोगी हो सकता है जिसके लिए गुरुत्वाकर्षण एक प्राथमिक प्रेरक बल है। अपकेंद्रण भू-तकनीकी सामग्री जैसे मिट्टी और चट्टान पर मॉडल परीक्षण का कारण गैर-रैखिक यांत्रिक गुण हैं जो प्रभावी सीमित तनाव और तनाव के इतिहास पर निर्भर करते हैं। अपकेंद्रण मॉडल और प्रोटोटाइप में समान आत्म-वजन तनाव पैदा करने के लिए भौतिक मॉडल पर एक बढ़े हुए "गुरुत्वाकर्षण" त्वरण को लागू करता है। तनाव का एक से एक मापन भू-तकनीकी मॉडलों की समानता को बढ़ाता है और भूकंप-प्रेरित द्रवीकरण, मिट्टी-संरचना अंतःक्रिया और घने गैर-जलीय चरण तरल पदार्थ जैसे प्रदूषकों के भूमिगत परिवहन जैसी जटिल समस्याओं को हल करने में मदद करने के लिए सटीक डेटा प्राप्त करना संभव बनाता है। सेन्ट्रीफ्यूज मॉडल परीक्षण विरूपण और विफलता के बुनियादी तंत्र की हमारी समझ में सुधार करने के लिए डेटा प्रदान करता है और संख्यात्मक मॉडल के सत्यापन के लिए उपयोगी मानक प्रदान करता है। स्केलिंग कानून ध्यान दें कि इस लेख में, किसी भी मात्रा पर तारांकन उस मात्रा के लिए पैमाने के कारक का प्रतिनिधित्व करता है। उदाहरण के लिए, में, सदस्यता m "मॉडल" का प्रतिनिधित्व करता है और सदस्यता p "प्रोटोटाइप" का प्रतिनिधित्व करता है और मात्रा के लिए पैमाने कारक का प्रतिनिधित्व करता है। एक मॉडल को अपकेंद्रण पर घुमाने का कारण छोटे पैमाने के मॉडल को पूर्ण पैमाने के प्रोटोटाइप के समान प्रभावी तनाव महसूस करने में सक्षम बनाना है। इस लक्ष्य को गणितीय रूप से कहा जा सकता है जहां तारांकन राशि के लिए स्केलिंग कारक का प्रतिनिधित्व करता है, मॉडल में प्रभावी तनाव है और प्रोटोटाइप में प्रभावी तनाव है। मिट्टी यांत्रिकी में ऊर्ध्वाधर प्रभावी तनाव, उदाहरण के लिए, आमतौर पर गणना की जाती है कि कुल तनाव कहाँ है और छिद्र दबाव कहाँ है। बिना छिद्र दबाव वाली एक समान परत के लिए, गहराई पर कुल ऊर्ध्वाधर तनाव की गणना इस प्रकार की जा सकती हैः जहाँ परत के घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है और गुरुत्वाकर्षण का प्रतिनिधित्व करता है। सेन्ट्रीफ्यूज मॉडलिंग के पारंपरिक रूप में, यह विशिष्ट है कि मॉडल और प्रोटोटाइप में एक ही सामग्री का उपयोग किया जाता है; इसलिए मॉडल और प्रोटोटाइप में घनत्व समान हैं, यानी, इसके अलावा, पारंपरिक सेंट्रीफ्यूज मॉडलिंग में सभी लंबाई को एक ही कारक द्वारा मापा जाता है। मॉडल में प्रोटोटाइप के समान तनाव पैदा करने के लिए, हमें इस प्रकार की आवश्यकता होती है, जिसे फिर से लिखा जा सकता है। उपरोक्त स्केलिंग नियम में कहा गया है कि यदि मॉडल में लंबाई को किसी कारक, n से कम किया जाता है, तो गुरुत्वाकर्षण त्वरण को उसी कारक, n से बढ़ाया जाना चाहिए ताकि मॉडल और प्रोटोटाइप में समान तनाव बनाए रखा जा सके। गतिशील समस्याएं गतिशील समस्याओं के लिए जहां गुरुत्वाकर्षण और त्वरण महत्वपूर्ण हैं, सभी त्वरणों को गुरुत्वाकर्षण को मापने के रूप में मापना चाहिए, अर्थात। चूँकि त्वरण की इकाइयाँ होती हैं, इसलिए यह आवश्यक है किः, या आवृत्ति में समय की व्युत्क्रम इकाइयाँ हों, वेग में प्रति समय लंबाई की इकाइयाँ हों, इसलिए गतिशील समस्याओं के लिए हम प्रसार समस्याएं भी प्राप्त करते हैं। ऊर्जा, बल, दबाव, त्वरण, वेग आदि के लिए पैमाने के कारक। ध्यान दें कि तनाव की प्रति इकाई क्षेत्र में दबाव या बल की इकाइयाँ होती हैं। इस प्रकार हम दिखा सकते हैं कि F = m * a (न्यूटन का नियम, बल = द्रव्यमान * त्वरण) और r = m/L3 (द्रव्यमान घनत्व की परिभाषा से) को प्रतिस्थापित करना। कई अन्य मात्राओं के लिए पैमाने के कारक उपरोक्त संबंधों से प्राप्त किए जा सकते हैं। नीचे दी गई तालिका अपकेंद्रण परीक्षण के लिए सामान्य पैमाने के कारकों का सारांश देती है। सेन्ट्रीफ्यूज मॉडल परीक्षणों के लिए पैमाने के कारक (गार्नियर एट अल., 2007 से) (तालिका को यहाँ जोड़ने का सुझाव दिया गया है) भू-तकनीकी भूकंप इंजीनियरिंग में सेंट्रीफ्यूज का मूल्य बड़े भूकंप दुर्लभ और अपरिवर्तनीय होते हैं लेकिन वे विनाशकारी हो सकते हैं। इन सभी कारकों से भूकंप के बाद क्षेत्र की जांच द्वारा उनके प्रभावों का अध्ययन करने के लिए आवश्यक डेटा प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। पूर्ण पैमाने की संरचनाओं का उपकरण बड़ी अवधि तक बनाए रखने के लिए महंगा है जो प्रमुख भूकंपों के बीच बीत सकता है, और उपकरण को सबसे वैज्ञानिक रूप से उपयोगी स्थानों में नहीं रखा जा सकता है। भले ही इंजीनियर वास्तविक विफलताओं से डेटा की समय पर रिकॉर्डिंग प्राप्त करने के लिए भाग्यशाली हों, इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि उपकरण दोहराने योग्य डेटा प्रदान कर रहा है। इसके अलावा, वास्तविक भूकंपों से वैज्ञानिक रूप से शैक्षिक विफलताएं जनता की सुरक्षा की कीमत पर आती हैं। जाहिर है, एक वास्तविक भूकंप के बाद, इंजीनियरों को विफलता के तरीकों का पर्याप्त रूप से अध्ययन करने का अवसर मिलने से पहले अधिकांश दिलचस्प डेटा को तेजी से हटा दिया जाता है। सेन्ट्रीफ्यूज मॉडलिंग जनता की सुरक्षा को जोखिम में डाले बिना महत्वपूर्ण संरचनाओं पर जमीन के झटकों के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए एक मूल्यवान उपकरण है। वैकल्पिक डिजाइन या भूकंपीय रेट्रोफिटिंग तकनीकों की प्रभावकारिता की तुलना परीक्षणों की एक दोहराने योग्य वैज्ञानिक श्रृंखला में की जा सकती है। एक डिजाइन प्रक्रिया या एक कंप्यूटर मॉडल को सत्यापित करने के लिए प्रयोगात्मक डेटा प्राप्त करने के लिए संख्यात्मक मॉडल सेंट्रीफ्यूज परीक्षणों के सत्यापन का भी उपयोग किया जा सकता है। हाल के दशकों में कम्प्यूटेशनल शक्ति के तेजी से विकास ने इंजीनियरिंग विश्लेषण में क्रांति ला दी है। भूकंप और अन्य भारों के दौरान भू-तकनीकी संरचनाओं के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के लिए कई कंप्यूटर मॉडल विकसित किए गए हैं। कंप्यूटर मॉडल का आत्मविश्वास के साथ उपयोग करने से पहले, इसे साक्ष्य के आधार पर वैध साबित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक भूकंपों द्वारा प्रदान की गई अल्प और अपरिवर्तनीय जानकारी आमतौर पर इस उद्देश्य के लिए अपर्याप्त होती है। एक कम्प्यूटेशनल एल्गोरिथ्म द्वारा की गई धारणाओं की वैधता का सत्यापन भू-तकनीकी इंजीनियरिंग के क्षेत्र में मिट्टी के व्यवहार की जटिलता के कारण विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। मिट्टी अत्यधिक गैर-रैखिक व्यवहार प्रदर्शित करती है, उनकी ताकत और कठोरता उनके तनाव इतिहास और छिद्र द्रव में पानी के दबाव पर निर्भर करती है, जो सभी भूकंप के कारण लोडिंग के दौरान विकसित हो सकते हैं। कंप्यूटर मॉडल जिनका उद्देश्य इन घटनाओं का अनुकरण करना है, बहुत जटिल हैं और इनके लिए व्यापक सत्यापन की आवश्यकता होती है। सेन्ट्रीफ्यूज परीक्षणों से प्रायोगिक डेटा एक कम्प्यूटेशनल एल्गोरिथ्म द्वारा की गई धारणाओं को सत्यापित करने के लिए उपयोगी है। यदि परिणाम कंप्यूटर मॉडल को गलत दिखाते हैं, तो अपकेंद्रण परीक्षण डेटा भौतिक प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है जो बदले में बेहतर कंप्यूटर मॉडल के विकास को प्रोत्साहित करता है। एंड्रयू एन. स्कोफील्ड सिविल इंजीनियर जियोटेक्निकल इंजीनियरिंग नेटवर्क फॉर अर्थक्वेक इंजीनियरिंग सिमुलेशन फिजिकल मॉडल स्केल मॉडल सॉइल मैकेनिक्स संदर्भ स्कोफील्ड (1993), कैम क्ले से सेंट्रीफ्यूज मॉडल तक, जेएसएसएमएफई वॉल्यूम। 41, नं. 5 सेर। नहीं। 424 पीपी 83-87, नं. 6 सर। नहीं। 425 पी. पी. 84-90, नं. 7, सर। नहीं। 426 पीपी 71-78। एक्सटर्नल लिंक्स जियोटेक्निक्स में फिजिकल मॉडलिंग पर तकनीकी समिति इंटरनेशनल सोसाइटी फॉर सॉइल मैकेनिक्स एंड जियोटेक्निकल इंजीनियरिंग अमेरिकन सोसाइटी ऑफ सिविल इंजीनियर्स एक्टिडिन सिस्टम्स एस. ए.-जियोटेक्निकल बास्केट सेंट्रीफ्यूज टेस्ट इन जियोटेक्निकल लैबोरेटरीज सिविल इंजीनियरिंग स्केल मॉडलिंग के उदाहरण