土工离心机毕业设计论文模板

（学历）毕业设计（论文）大型土工离心模型试验原理与技术及其应用学科专业： 所属院系： 年 级： 指导教师： 学 生： 学 号： 二零一七年五月2南昌工程学院专科毕业论文(设计) 诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日期： 3目录摘 要 .5Abstract .6第一章 绪论（文献综述） .71.1 土工离心机模型试验发展 .71.1.1 发展背景 .71.1.2 发展历程 .71.2 离心模型试验原理 .81.2.1 基本原理 .81.2.2 离心机转速 n 与模型率 N 的关系 .81.2.3 原型和模型的比例关系 .81.3 本论文研究的任务 .9第二章 土工离心机的构造 .102.1 概述 .102.1.1 绪论 .102.1.2 离心机的放置 .102.2 臂式离心机构造 .102.2.1 臂式离心机的构成 .102.2.2 转臂和配重箱 .112.2.3 吊篮 .112.2.4 模型箱 .122.3 鼓式离心机构造 .132.4 小结 .15第三章 离心模型试验精度的影响因素研究 .163. 1 概述 .163.2 边界效应 .163.2.1 边界效应产生原因 .163.2.2 边界效应解决方法 .173.3 粒径效应 .183.3.1 粒径效应产生原因 .183.3.2 粒径效应解决方法 .183.6 小结 .19第四章 离心模型试验在工程上的应用 .204.1 概述 .204.2 土石坝横向裂缝离心模型试验 .204.2.1 试验概述 .204.2.2 试验流程 .204.2.3 试验总结 .224.3 爆炸离心模拟试验 .234.3.1 试验概述 .2344.3.2 试验流程 .234.3.3 试验总结 .254.4 模拟月壤的土工离心模型试验研究 .264.4.1 试验概述 .264.4.2 试验准备与步骤 .274.4.3 试验总结 .304.5 地铁车站地震模拟试验 .314.5.1 试验概述 .314.5.2 试验流程 .324.5.3 试验总结 .344.6 鼓式土工离心模型试验研究 .354.6.1 试验概述 .354.6.2 试验布置与步骤 .354.6.3 试验总结 .374.7 小结 .37第五章 离心模型实验的总结与展望 .385.1 总结 .385.2 发展 .395.3 制约 .40参考文献 .42致谢 .455摘 要随着现代城市化的发展，地面可供开发的面积逐年减少，于是人们就开始意识到地下空间的开发与利用。以及对于基础设施建设：如交通隧道，水工隧道以及管线开挖与埋设等都会涉及到地下空间的工程。由于岩土工程受重力场的影响较大，在设计与施工时不得不主要考虑。而在传统的模拟实验中，重力场是极难模拟，而且试验变量和时间也难控制。因此，发展土工离心机，开展离心模拟试验的意义重大。本文将对离心机的试验进行讨论。研究工作主要包括以下几个方面：（1）离心机模型试验原理的研究（2）土工离心机设备构造的研究（3）离心模型试验在解决实际土工工程的应用进行研究（4）在离心模型试验中对实验精度影响问题的研究（5）离心机模型试验的发展和受限因素的研究关键词：离心机；试验原理；设备构造；工程应用；实验精度的研究；受限因素6AbstractWith the development of the modern urbanization, the ground for the development of area is reducing year by year, so people began to realize the development and utilization of underground space. And for the construction of infrastructure, such as traffic tunnel, hydraulic tunnel and pipeline excavation and bury involve underground space project. Because of the geotechnical engineering are greatly influenced by the gravitational field, have to main consideration in the design and construction. While in the traditional simulation experiment, the gravity field is extremely difficult to simulation, and experiment is also difficult to control variables and time. Therefore, the development of geotechnical centrifuge, the centrifugal simulation test is of great significance. This article will discuss the centrifuge test. Research work mainly includes the following aspects: (1) study of the principle of centrifuge model test (2) the geotechnical centrifuge equipment structure research (3) the centrifugal model test in solving practical geotechnical engineering application were studied (4) in the centrifugal model test to study the influence on the accuracy (5) the development of the centrifuge model test research and limited factors Key words: centrifuge; Test principle; Equipment structure; The engineering application; The accuracy of research; Restricted factors 7第一章 绪论（文献综述）1.1 土工离心机模型试验发展1.1.1 发展背景随着现代社会的发展，不论国内外大型工程数量都在增加（如水库、大坝、大跨度的地下工程以及现在的各种超高层建筑的建设） 。这些建筑都对土体和地基有着很高的承载力要求，因此要求我们对土体承载力和影响要有精确的计算和分析，在这种情况下离心机模型试验凭借着实验模型制作小、试验成本低、实验结果较精准可控且快速的因素，因而得到重视和发展。1.1.2 发展历程离心机模型试验的概念是在 1869 年由法国人 E.Phillips 在进行横跨英吉利海峡的钢大桥研究时，首次提出用离心机做模型试验的设想，并明确提出了离心机设计的一般原理。主要是由于当时条件的限制一直没办法得到应用。直到20 世纪 30 年代这一技术概念才在美国和苏联重新提出，并于 1931 年由美国的Bucky 在哥伦比亚大学应用世界的第一台离心机进行了坑道顶部的稳定实验工作，这台离心机的半径为 25cm（见图 1） ，其和我国的最小的离心机（半径70cm）相比还要小。但由于一开始离心机模型试验主要用于军事目的，所以能够查到的资料寥寥无几。直到上世纪 60 年代以后离心机模型试验才得到正式快速的发展，其无论是技术还是实验的国家都有了大量的发展和增加。图 1.1.2 世界上第一台小型土工离心机8我国是自上世纪 80 年代才对土工离心模拟实验予以重视的，第一台离心机是 1982 年，由长科院研制成功并投入运行（半径 3m） 。虽然土工离心模拟实验在我国起步和发展较晚，但是，由于我们国家现代化的发展，城市和基础设施的建设，土工离心试验也随之用在了一些工程当中，其自然也就带动了离心机的发展。更具 2012 年的其它作者的文献来看，我国目前已建成的离心机数量至少有 20 台，全球建成的有约 200 台，从这些数据来看，我国的离心机的发展利用后发优势，其发展速度还是很快的。而且在很多大型工程中都有运用，如三峡工程和小浪底大坝中都有运用。随着离心机技术发展目前土工上用到的离心机有两种类型：分别是臂式离心机和鼓式离心机。但就目前来说依旧是已臂式离心机实验为主。1.2 离心模型试验原理1.2.1 基本原理在土工工程中，岩土和土工构筑物受重力的影响较大，在离心模型试验的实质是用离心力来模拟自重效应。根据近代相对论的解释，牛顿的重力 G 与惯性力（即惯性离心力，以下简称离心力）F 是等效的，故原型在地球上受到的重力与模型在离心机上受到的离心力所产生的的物理效应一致。（1）G=mgF=ma其中 g 是重力加速度，a 是离心加速度由（1）可知 ，G=F g=a当将原模型缩小 N 倍之后，模型的质量就变为了原模型的 m/N。为了使模型所模拟的重力与原重力相似，其惯性力也即离心力就得被放大 N 倍。由（1）可以得出式 a （2）=Ng1.2.2 离心机转速 n 与模型率 N 的关系 由理论力学知道角加速度： a （3）=2R其中 （4）=n30将（3） 、 （4）代入（2）得 ， 令n=30gRN k=30gR则 （5）n=kN按照式（5）给定转速，即可达到所希望离心加速度。在做试验时，根据模型率 N 的大小及离心机的半径 R，由（5）式算出离心机的转数来指导加载。1.2.3 原型和模型的比例关系9离心模型的物理量与原型的物理量有一定的比例关系。见表 1表 1 各物理量的比例关系物理量 原型 模型 物理量 原型 模型线尺度 1 1/N 应力 1 1面积 1 1/N3 应变 1 1体积 1 1/N3 质量密度 1 1质量 1 1/N3 重度 1 N加速度 1 N 频率 1 N能量 1 1/N3 刚度 1 1/N3力 1 1/N2 土压力 1 1/N位移 1 1/N对于时间比例尺可由 推出，式中 Fp、F m、A p、A m 分别代表F=2原型的力、模型的力、原型的面积、模型的面积。1.3 本论文研究的任务土工离心模型试验从概念的提出到现在也就一百多年的历史，而其实际的应用也就只有短短的几十年历史。但是其相似性原理能够很好地模拟原重力场，在土工实验中有着很好地运用前景。本论文是对其他作者的文献进行研究和总结，从多个方面对离心模型试验进行研究，研究内容如下：1.对两种土工离心机在结构上的差异和试验方法进行论述，从设备上对解离心模型试验进行了解。2.通过对实际土工工程的离心模型试验进行分析，来研究离心模型实验的应用。3.对离心模型试验中对实验精度影响问题进行研究。4.离心机模型试验的发展和受限因素的研究。10第二章 土工离心机的构造2.1 概述2.1.1 绪论自法国工程师 E.Phillips 由 1869 年提出离心机模型试验技术的构想以来，经历了近 70 年的发展，人们才开始将其运用于研究土工问题中。而在 1978 年，剑桥大学的 Schofield 首次利用鼓式离心机进行了边坡稳定分析的模型试验，打破了自 20 世纪 30 年代以来，近 40 多年的单一种类的离心机应用。也是因为剑桥大学的那次应用，鼓式离心机在岩土工程领域的应用研究也愈来愈多。由于两种离心机在结构，形状上存在差异，其侧重的试验场景也不同。各自之间也存在着不同的优缺点。接下来我们将对两种机器的结构进行论述，对其主要构件进行单独叙述。2.1.2 离心机的放置对于两种离心机的按放，为了安全起见都建议放于地下。因为离心机运行起来时对建筑物承载影响较大；还有一个是，一旦离心机运行过程中，离心机发生破坏，吊篮与模型箱被甩出，所产生的动量很大，一般的混凝土墙会因为无法承受这种重量而倒塌，吊篮与模型箱会飞出，造成不必要的影响，而放置于地下，当吊篮甩出时，周边会的土体可以承受住大部分的荷载。2.2 臂式离心机