受蛇皮启发 研究人员有望设计出更安全的建筑地基

2021年05月05日 10:23 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,一项新研究表明,在设计建筑物的承重地基时,从大自然中寻找灵感可能是一个好主意。尽管人类具有创造性和独创性,但我们仍然远远落后于大自然在数百万年的进化过程中铸造的优雅和高效的解决方案。因此,来自世界各地的研究人员正在大自然中寻找灵感,以开发未来的建筑,来自奥胡斯大学和加州大学戴维斯分校的研究人员现在合作在科学杂志《Acta Geotechnica》上发表了一篇文章,讲述了从蛇的鳞片中获得灵感来建造地基。

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“以前的研究表明,受蛇皮启发的表面几何形状可以产生不同的抗剪强度,这取决于负载方向。”奥胡斯大学土木建筑工程系的Hans Henning Stutz副教授说:“我们在这项研究中更进一步,调查了不同土壤类型和这些蛇皮表面之间的相互作用。”

现代桩基通常是通过将桩子打入、钻入或推入地下来实现建筑物的足够承载力。今天,桩基通常是预制的,具有二次或圆形截面,由于表面主要是对称的、光滑的轮廓,其承载能力是各向同性的(在所有剪切方向上都是相同的)。

然而,在这项研究中,研究人员在表面上试验了不对称的微观结构特征,类似于蛇的鳞片。这些所谓的腹侧鳞片形状细长,相对光滑,其截面形状像一个细长的直角三角形。

“通过对高度为0.5毫米、长度为20-60毫米的‘鳞片’进行实验,我们已经实现了--在实验室条件下--在我们所研究的介质中显著提高了承载能力:更具体地说是不同类型的沙子。”Hans Henning Stutz说:“项目的结果表明,与它们随后能够支持的压力相比,具有这种表面模式的桩在安装过程中的阻力减少了25%-50%。”

根据这位副教授的说法,在优化结构和耐用地基时,仍然可以从生物学中获得很多东西,他相信未来的建筑将在生物学中找到更多的灵感。

“在过去的岁月里,进化已经提出了一些相当有启发性的解决方案,从岩土工程的角度来看,也有很多东西可以获得。我相信,在未来,我们将看到生物启发和非常有效的解决方案的重大发展,特别是在锚定、隧道和海洋建设等领域,”他说。

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