鱼雷锚贯入过程的理论分析与试验验证

摘要

鱼雷锚贯入深度受多种因素共同影响，目前尚未得到较好解决。为此，通过试验与理论分析研究鱼雷锚贯入过程，对于合理确定贯入深度影响因素，应用于实际工程具有重要理论与工程价值。 本文在理论分析基础上，通过小比尺模型鱼雷锚贯入试验，较为详细地研究了鱼雷锚的贯入过程，主要开展以下研究工作：（一）通过理论分析建立了鱼雷锚贯入方程。假设鱼雷锚贯入过程中，在土体形成塑性区与弹性区，破坏服从Tresca准则下，基于球孔扩张理论，建立了土体动力响应方程，由此获得锚头端部阻力；设鱼雷锚垂直贯入土层中，设土层仅发生水平向位移，即假设为平面应变问题，并假设锚杆与土体不脱离下，针对鱼雷锚，在考虑锚头阻力与锚杆摩阻力下，基于牛顿第二定律，建立鱼雷锚运动方程，并对其进行数值求解；（二）小比尺模型鱼雷锚贯入饱和砂试验研究。依托自主研发的鱼雷锚发射装置对无锚翼模型鱼雷锚贯入饱和砂进行试验，在变动砂的密实度与初始贯入速度下，实测了贯入过程中的加速度时程信号与贯入深度。试验结果表明，密实度与初始贯入速度对贯入深度影响较大；（三）鱼雷锚贯入方程与试验结果对比分析。小比尺模型鱼雷锚实测的速度-深度曲线与理论计算的速度-深度曲线吻合较好，加速度-深度曲线有一定偏差。经对鱼雷锚离心机机贯入试验过程（文献）的理论计算结果表明，计算得到贯入深度与实测深度基本一致；（四）针对典型鱼雷锚，基于理论分析建立了4锚翼鱼雷锚贯入方程，并通过数值计算，分析其在两层土的贯入过程。分别探讨了锚头形状、锚翼长宽比、初始贯入速度等因素对贯入深度的影响。同时探讨了端阻、侧阻变化规律及其能量变化关系。

目录

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 鱼雷锚贯入研究

1.2.2 动力孔扩张理论研究

1.3 本文研究内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究方法

1.3.3 研究内容

2 鱼雷锚贯入方程

2.1 锚头端部阻力分析

2.2 孔周土径向应力求解

2.2.1 塑性区响应

2.2.2 弹塑性接触面连续条件

2.2.3 弹性区响应

2.2.4 塑性区应力解

2.3 锚头端部阻力求解

2.4 锚杆侧壁摩阻力分析

2.5 鱼雷锚运动方程

2.6 本章小结

3.1 试验原理

3.2 试验材料与试验设备

3.2.1 试验材料

3.2.2 试验设备

3.3 试验方法

3.3.1 土样制备

3.3.2 锚土间摩擦系数测定

3.3.3 试验过程

3.3.4 试验数据处理

3.4 试验结果

3.5 本章小结

4 鱼雷锚贯入方程验证及试验过程分析

4.1 小比尺无锚翼鱼雷锚模型贯入试验与数值计算对比

4.1.1 贯入深度-加速度曲线对比

4.1.2 贯入深度-速度曲线对比

4.1.3 侧壁摩阻力分析

4.2 小比尺无锚翼鱼雷锚模型贯入过程分析

4.2.1 贯入阻力分析

4.2.2 能量关系

4.2.3 影响因素分析

4.3 离心机模型贯入试验与数值计算对比

4.3.1 鱼雷锚贯入方程修正

4.3.2 离心机模型试验参数

4.3.3 数值计算贯入深度与试验贯入深度对比

4.4 离心机模型贯入试验过程分析

4.4.1 贯入阻力分析

4.4.2 贯入深度-加速度曲线分析

4.4.3 贯入深度-速度曲线分析

4.4.4 能量关系

4.5 本章小结

5 4锚翼鱼雷锚在两层土中贯入过程分析

5.1 4锚翼鱼雷锚贯入方程

5.1.1贯入方程建立

5.1.2鱼雷锚与土层参数

5.2 计算结果分析

5.2.1 贯入阻力分析

5.2.2 贯入深度-加速度曲线分析

5.2.3 贯入深度-速度曲线分析

5.2.4 能量关系

5.3 鱼雷锚参数影响分析

5.3.1 锚头形状影响分析

5.3.2 锚翼形状影响分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及专利情况

致谢

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