军队重点实验室建设与管理的实践与探索

军队院校重点实验室建设与管理有其自身的特点和规律,如何对依托军事院校的重点实验室进行有效建设与管理是一项极具挑战性的课题。结合军事地下建筑工程军队重点实验室近5年建设与管理的实践与探索,从深化实验教学改革、创新科研技术、增强部队(社会)服务能力、加强人才队伍建设和提升开放运行和管理水平等五方面进行了系统论述和深入探讨。实践表明,该实验室在教学、科研和服务部队(社会)等方面发挥了显著效益,为学科发展和人才培养做出了重要贡献。

强降雨条件下基岩型层状边坡入渗模型及稳定性研究

强降雨作用下基岩型层状边坡易发生失稳破坏,给人们生命财产造成重大损失。为探索基岩型层状边坡的降雨入渗过程,以Green-Ampt入渗模型为基础,考虑了边坡几何特征及饱和带渗流作用,得到了边坡不同入渗阶段入渗率和湿润峰深度的计算式,建立了适用于基岩型层状边坡的降雨入渗计算模型;在分析基岩型层状边坡稳定性时,考虑了饱和带的渗流作用,联合降雨入渗模型与极限平衡法,分析了基岩面与湿润峰面稳定性的变化规律,得到了计算基岩型层状边坡安全系数的解析表达式;结果表明,该模型的计算与试验结果具有一致性。利用该计算模型与传统计算方法对张家湾滑坡进行了强度为30 mm/h的降雨入渗与稳定性分析,得到了不同计算方法下张家湾滑坡湿润峰深度及安全系数随降雨历时增加而发生的变化规律,结果表明该计算模型在分析基岩型层状边坡稳定性时优于传统分析方法。

蜂窝遮弹层抗弹丸侵彻实验研究

为研究蜂窝遮弹层的抗弹丸侵彻性能,采用15 mm弹体对六边形单元蜂窝遮弹层结构进行了侵彻实验研究。实验结果表明,同钢筋混凝土遮弹层相比,蜂窝遮弹层的破坏仅发生在弹靶接触的六边形单元内,且破坏面积较小,同时弹体在侵彻蜂窝遮弹层过程中易发生偏航现象。应用应力波传播理论分析了实验结果,主要是六边形单元对其内的混凝土约束作用及其自身阻隔作用,使混凝土抗压强度和弹体在侵彻过程中受到的阻力增大,从而减小了弹体的破坏效应。

压缩作用下砂岩变形破坏过程中的能量特征

为探索岩石在载荷作用下变形破坏过程中能量的能量演化机制,对红砂岩进行了单轴、三轴压缩试验,获得了岩石加载过程中能量随应力、应变的演化与分配规律.结果表明:岩石的变形破坏过程是能量耗散与释放的结果;单轴压缩及较低围压下岩石在峰值后积聚的能量突然释放,这也是其呈现脆性破坏的主要原因;在较高围压下,岩石峰后能量随围压的升高由释放向逐渐耗散转变.

微风化围岩海底隧道衬砌安全稳定性分析

将强度折减法应用于静水压力下海底隧道素混凝土衬砌的安全稳定性分析。通过对比两种强度折减方式的位移、应力和应变曲线,判定同时折减衬砌和围岩的强度参数适用于研究海底隧道问题;综合分析隧道衬砌塑性区、剪应变增量和位移的变化情况,判断隧道的极限平衡状态。研究结果表明,素混凝土衬砌发生脆性破坏,破坏位置为拱腰,破坏方式为剪切破坏,局部破坏和整体破坏的安全系数分别为7.56和7.64。

基于FLAC^(3D)的岩土边坡施工效应研究

采用FLAC3D对预应力锚索框架梁支护的岩土边坡施工过程进行数值模拟,围绕施工中坡体位移场与应力场的变化以及下级边坡施工对上部已完成的支挡结构受力影响进行研究。结果表明:坡体开挖引起的松弛区呈圆弧状,且位移由临空面向坡体内逐渐减小,坡体弹性模量与其变形呈非线性递减关系;预应力锚索框架梁能有效抑制坡体变形,从坡顶到坡脚锚索轴力依次增大,故工程设计中宜对其分别设计,做到"强腰固脚";下级边坡与上级边坡的支挡结构相互约束,共同承担滑坡推力,形成一种"联合支挡结构"。

锚索框架计算理论的研究现状及力学模型的探讨

虽然锚索框架是加固边坡非常有效的支挡结构型式,然而其计算模型以及相应的计算理论仍不完善,在某些方面并不能反映其真实的受力过程和工作状态;坡体与锚索框架梁是一个相互作用、受力不断调整的过程,而目前对锚索框架梁的研究都是将锚索框架梁分成为预应力锚索和框架梁分别单独进行分析,缺乏对锚索框架梁整体的分析总结;通过对预应力锚索框架梁的施工过程和作用机理的分析,探讨了预应力锚索框架梁计算模型的两个重要环节,并建立了一个更加合理、真实的锚索框架梁变形协调方程。

损伤本构模型在边坡工程损伤破坏研究中的应用

从材料破坏机理与规律出发研究结构性土体工程的渐进破坏过程,是实际工程研究的重要方向。针对结构性土的变形特点和传统本构模型解决结构性土体工程渐进破坏过程的不足,采用作者以前提出的结构性土损伤本构模型对边坡工程算例的渐进破坏过程进行模拟分析。算例计算结果分析表明:边坡在破坏过程中会形成一个贯通剪切带,剪切带土体完全损伤;剪切带上方土体损伤相对较小,且有距离剪切带越远损伤越小的趋势;剪切带下方土体损伤也较小,主要因为开挖对其影响很小且处于稳定的坡体内。研究证明,运用结构性土损伤本构模型能较好地解决实际工程损伤破坏问题。

岩土损伤理论基本问题研究

岩土损伤理论远未成熟,根源在于其基本问题没有得到解决。根据岩土的基本力学特性,给出了岩土耗散势存在的充要条件,证明了岩土耗散势不存在且不可解耦。同时,给出了岩土流动势存在的充要条件,证明了岩土流动势不存在且不可解耦。通过结构性土体损伤过程的能量耗散分析,获得了与经典损伤力学定义一致的损伤变量。基于能量耗散原理,获得了合理的损伤演化方程,建立了结构性土体损伤本构模型。通过与修正剑桥模型、三轴试验结果对比,表明本模型能够较好地模拟土体的力学特性。

红粘土细观力学特性的颗粒流模拟

红粘土作为一种特殊的工程土,对其研究多集中在宏观力学响应,而从细观角度解释其力学特性的研究较少。根据室内三轴试验获得的红粘土宏观力学性质指标,进行了基于PFC3D的颗粒流数值三轴试验,标定出红粘土颗粒的接触力、接触模量、粘结强度等细观力学参数,实现了细观力学参数与宏观力学指标的统一。细观参数反映出红粘土力学性质的本质特点。

单层后缘张裂型顺层岩坡破坏机理分析

针对单层后缘张裂型顺层岩坡,分析了其在水力作用下边坡的破坏机理,改进了孔口未被堵塞条件下的水力模型,补充了孔口堵塞条件下的水力模型,推导了不同条件下临界充水高度的表达式。研究表明,水力作用的大小与后缘张裂隙的充水高度密切相关;且孔口被堵塞时,较未被堵塞条件下的顺层岩质边坡,其稳定性大幅下降,极易发生顺层滑移破坏。

陕西蒲城黄土微观结构特征及定量分析

利用Quanta环境扫描电镜对陕西蒲城电厂各土层黄土特别是Q2黄土试样进行微观结构测试,得到大量微观结构图片。针对黄土的微观结构特征,提出骨架颗粒的连接可分为直接点接触、直接面接触、间接点接触及间接面接触4种形式。微观结构定量分析表明,随着深度的增加,各土层黄土的灰度熵、颗粒和孔隙的数量、圆形度等没有明显的变化规律;颗粒的面积比例、定向度、分布分维逐渐增大;而欧拉数、孔隙的面积比例、定向度、分布分维逐渐减小。研究表明,Q3和Q2黄土微观结构特征与其湿陷性具有较好的相关性。

高庙子膨润土-砂混合料的三向膨胀力特性

对不同干密度和含砂率高庙子膨润土-砂混合缓冲/回填材料的试样进行一系列三向膨胀力试验研究,结果表明,混合料三向膨胀力均随干密度呈指数关系递增,随含砂率呈指数关系递减。混合料存在各向异性,竖向膨胀力大于水平向膨胀力;含砂率和干密度均对试样的各向异性产生影响;当含砂率大于30%以后,含砂率的增加对其各向异性影响较小;混合料的各向异性随干密度的增大更加显著,并逐渐趋于稳定;对各向异性的机制进行分析,提出基于体积率的膨润土干密度这一指标,建立高庙子膨润土及其含砂混合料三向膨胀力的经验模型,并对模型进行验证和应用,研究成果可为高放废物深地质处置库中的缓冲/回填材料设计提供参考。

Q_2黄土浸水前后微观结构变化研究

对陕西蒲城电厂Q2黄土浸水前后的试样进行微观结构对比测试,得到了大量珍贵的微观结构图片。浸水前后Q2黄土的微观结构定性、定量分析表明:架空孔隙受力作用影响较大,对水的作用敏感;粒间孔隙对压力和水的作用相对较迟钝;Q2黄土的湿陷峰值压力大于200 kPa。随着压力的增大,Q2黄土的灰度熵、欧拉数和孔隙的面积比例、圆形度、定向度、分布分维减小;而颗粒的面积比例、圆形度、定向度、分布分维将增大;随着水的浸入,各量将继续减小或增大;浸水后孔径大于20 m的孔隙含量减少,孔径小于20 m的孔隙含量增加,湿陷的过程中大部分孔隙都在发生变化,大孔隙变成中、小孔隙,中、小孔隙则变为更小的孔隙。浸水前后微观结构的变化能较好地解释Q2黄土特殊的湿陷性。

基于有限差分原理的预应力锚索抗滑桩改进计算方法

针对现有预应力锚索抗滑桩计算模型及其相应计算理论存在的问题,基于有限差分法的原理,提出了改进的锚索桩计算模型并进行了详细的理论推导。根据实际的施工和受力过程,该模型包括预应力施加和滑坡推力作用两个阶段,通过滑坡推力分布形式的改进和桩锚协调变形方程的修正来真实反映预应力锚索抗滑桩的主动式受力特点。同时利用Matlab编制成相应的计算程序进行算例验证,并同目前普遍采用的计算理论进行对比分析。结果表明,该改进计算方法及其相应的计算程序充分考虑了预应力施加这一锚索桩特有的过程所带来的影响,且在计算中不必将锚索拉力等效为在桩顶处施加的剪力和弯矩。另外还可对桩前滑面以上存在任意厚度滑体和任意复杂地基条件的情况进行合理地设计计算,相对于目前已有的计算理论,该改进方法更加合理、可靠。

膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线研究

高放废物(HLW)深地质处置中,在膨润土中添加一定比例的石英砂能优化缓冲/回填材料的性能。利用水汽平衡法,对高庙子压实膨润土-砂混合物在不同温度、掺砂率和干密度条件下的土-水特征曲线(SWCCs)进行试验研究,分析温度、掺砂率与干密度对混合物土-水特征曲线的影响。试验结果表明,随着温度升高,混合物的持水能力明显下降;在试验控制吸力范围内,低吸力段掺砂率对土-水特征曲线影响明显,高吸力段掺砂率对混合物土-水特征曲线的影响逐渐降低;干密度对混合物的土-水特征曲线基本没有影响。根据试验数据建立了不同温度和掺砂率条件下膨润土-砂缓冲/回填材料土-水特征曲线的经验公式,可用来预测不同温度和掺砂率条件下的膨润土-砂混合型缓冲/回填材料土-水特征曲线。

火灾作用下隧道衬砌结构变形理论分析模型

火灾作用下衬砌材料力学性能的劣化会引起隧道结构的损伤,变形量的增大,危害隧道运营安全。基于几何和材料非线性理论,综合考虑火灾作用下衬砌结构中温度的非线性分布,材料力学性能的高温劣化及热膨胀等因素的影响,提出用于描述火灾作用下隧道衬砌结构变形行为的理论分析模型。在此基础上,给出半圆形隧道在火灾作用下截面转角及径向变形的解析解,分析火灾持续时间对衬砌变形行为的影响规律,可为隧道结构防火设计及灾后评估提供理论依据。

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。

单排与三排微型抗滑桩大型模型试验研究

为了得到土质边坡中微型抗滑桩的破坏机制及边坡的破坏模式,通过3组大型物理模型试验对单排与三排微型抗滑桩加固黏性土边坡进行了研究。在加载过程中进行了位移和桩体应变的测量,最后进行开挖观察桩体破坏形态。试验结果表明,三排微型桩具有良好的抗滑效果,其承载力较单排桩提高了51.5%,且允许滑体产生较大位移,有效延缓坡体垮塌,适用于应急抢修工程。边坡会在加桩位置向前产生弧形次生滑面,并与预设滑面贯通;对于三排桩,第3排桩前出现桩土脱空区,坡面产生纵向劈裂缝。桩体变形呈S形,发生弯曲变形引起张拉与压剪破坏,而不是岩质边坡中滑面处的受剪断裂破坏。桩身所受最大弯矩分布于滑面以上,对于三排桩,第1排所受弯矩最大,第3排其次,第2排最小。其研究结果对了解微型桩的抗滑和破坏机制具有参考意义。

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。