爆炸波在饱和土介质中传播时压力变化规律的试验研究

介绍了在Φ900平面波加载器中进行的饱和土爆炸波传播试验,通过试验比较系统地研究了爆炸波在饱和土自由场中的传播规律及其在刚性边界上的反射问题。试验表明饱和土中的气体含量是控制波传播规律的主要因素,在深度方向上自由场应力峰值可能随深度增加,而在刚性边界上荷载反射系数可能>2。对饱和土与非饱和土中波传播规律的区别,在确定饱和土中结构的设计荷载时必须给予极大的关注。

饱和土中爆炸波传播问题的数值模拟

应用流体弹塑性力学的框架描述了爆炸荷载作用下饱和土介质的本构模型,包括体积压缩关系和强度关系。应用LS-dyna软件分析了三相饱和土介质中的爆炸波传播及其与结构的相互作用问题,并与先前完成的试验结果进行了对比,两者吻合较好。饱和土中爆炸波传播的一些特殊现象被重现,表明本构模型的描述是可行的。

饱和土介质中爆炸波传播的时间特征试验研究

介质中的波速变化规律在很大程度上反映了介质的物理力学特征。本文对在Φ90 0平面波加载器中进行的饱和土试验所反映的波速变化规律进行了深入的分析。试验表明 ,在比较小的爆炸波荷载作用下饱和土中的压力波速可以从约 5 0m/s上升到 4 75m/s,同时饱和土的体积应力应变关系在比较小的爆炸波荷载作用下便会呈现递增硬化特征 ,并与非饱和土介质存在很大的区别。认识这些现象对饱和土本构关系的研究非常有益 。

大型深埋隧道初始地应力状态的确定

主要研究使用LS-DYNA的动力松弛算法和系统阻尼算法相结合来求解大型地下结构初始地应力状态的可行性。通过使用LS-DYNA与FLAC软件对同一问题进行数值模拟对比分析,表明LS-DYNA软件的显式分析求解功能结合系统阻尼方法可以很好地求解大型地下结构的初始地应力状态。

深埋地下结构静动力耦合响应分析的边界条件设置方法

针对深埋地下结构的荷载环境特点,提出了深埋地下结构静动力耦合计算过程中边界条件的合理设置方法。该方法通过构建边界上的力系来平衡计算区域的初始地应力,然后将该力系设置成阶跃函数形式的动荷载作用于边界,并与后续的动荷载共同作用。研究表明,一次完整的地下结构静动力耦合分析过程,边界条件必须经过变换设置才能得到合理的计算结果。另外,只要计算软件具有黏性边界条件设置功能就能准确地完成地下结构静动力耦合响应分析。算例分析显示,该边界条件设置方法精度和效率高,简单适用。

爆炸荷载作用下三相饱和土中气体运动的几个影响因素分析

三相饱和土中的气体含量是决定爆炸波在其中传播的最重要因素，但目前理论上对其中气体运动的描述还不够准确。对影响三相饱和土应力应变关系递增硬化段气体运动的几个因素，包括表面张力、气泡周围介质的粘性和压缩性等进行了描述，并通过数值分析确定这些因素的影响程度。计算结果表明气泡表面张力和气泡周围介质的压缩性对气体运动的影响可以忽略不计，而气体本身的压缩特性和气泡周围介质的粘性是影响气体运动的主要因素。

爆炸波作用下三相饱和土本构研究

基于对爆炸荷载作用下三相饱和土宏观试验现象的综述，并结合以往对饱和土中气体运动规律的分析，对一维爆炸波作用下三相饱和土本构关系进行了描述。

大跨度深埋洞室动力响应分析

以大跨度地下洞室开挖支护过程为背景,探讨使用显式有限元方法分析地下洞室分步开挖和喷锚支护过程的可行性。然后在此基础上分析地冲击荷载下大跨度地下洞室的动力响应问题。分析结果表明,不同的开挖和支护方案对洞室的最终位移状态影响不大,而对最终塑性应变的大小和空间分布的影响较大;施工过程中底板有明显的隆起。在给定埋深条件下,由于地冲击荷载作用引起的围岩塑性应变的增加变得不太明显,但是在荷载作用过程中锚杆的轴力变化很大,说明锚杆的支护作用在大跨度结构抗地冲击荷载作用时显得非常重要。

一种提高管片隧道衬砌结构抗内爆炸性能的工程措施研究

地铁等城市隧道是恐怖爆炸袭击的主要目标之一。盾构管片隧道由不同类型的预制混凝土管片通过接头处的紧固螺栓拼装而成的。由于接头的存在,与整体式衬砌结构相比,其整体刚度和承载水平比较弱,变形和破坏机理与整体式衬砌结构不同。考虑内爆炸的恐怖袭击条件,目前关于管片隧道衬砌结构抗内爆炸的研究成果很少。从分析全尺寸管片内爆炸试验结果入手,分析了内爆炸荷载作用下管片衬砌结构变形和破坏规律,梳理出控制衬砌结构破坏的关键因素和关键位置,提出一种在接头螺栓处添加柔性垫圈来降低与螺栓接触区域管片的破坏程度的方法,以期达到优化衬砌结构抗内爆炸性能的目的。最后采用数值模拟方法,对所提出了抗爆减爆工程措施进行了分析研究。结果表明,该方法可以有效减小管环在接头处的局部破坏,提高管片衬砌的抗内爆炸性能。

分配层厚度对成层式结构动力响应的影响

主要研究成层式结构中分配层厚度对支撑结构动力响应的影响。首先分析TNT装药在成层式工事遮弹层表面爆炸时结构的动力响应,并与试验结果进行对比分析,分析结果与模型试验吻合较好。在此基础上,然后分析不同分配层厚度条件下支撑结构的变形和破坏规律性。研究结果表明,分配层厚度对支撑结构动力响应的影响很大,支撑结构的破坏主要出现在弹着点正下方区域的顶板上,当分配层厚度小于某一临界值时,支撑结构顶板会出现冲切破坏。分配层厚度越厚,支撑结构上的荷载越均匀,跨中部分和跨端部分荷载的差别越小。建议在条件许可的情况下,适当增加分配层厚度以有效减弱支撑结构的动力响应。

冲击荷载作用下层裂问题研究

材料破坏准则的采用是制约动态层裂机制研究的主要因素之一。采用一维弹脆性平面波理论,运用累积损伤破坏准则对因爆炸或冲击引起的层裂问题进行分析。解析了三角形脉冲荷载在考虑升压时间时第1次层裂厚度的变化规律。研究表明:考虑升压时间时得出的层裂片厚度比不考虑升压时间时要小,运用累积损伤破坏准则计算出的层裂片厚度比最大拉应力瞬时断裂准则的计算值大。分析结果对研究地冲击荷载作用下地下洞室的震塌破坏有一定的参考价值。

提高强冲击荷载作用下平板式防护门门框墙抗力的方法

在强冲击波荷载作用下门框墙转角处会产生明显的应力集中,影响门框墙体系甚至整个防护结构的安全。为解决该问题,提出在迎爆面门框墙和衬砌结合部位设置薄弱层的构造方法,从而减小冲击荷载引起的过大的拉应力。运用考虑了剪切变形的悬臂梁理论分析表明,梁端部约束刚度的变化可以影响结构的破坏形态以及结构的内力分布,降低端部的约束刚度可以有效降低端部区域的内力峰值,延缓结构发生破坏的时间。利用有限元模拟的方法,分析了在出入口门框墙位置设置薄弱层对门框墙动力响应和破坏规律的影响。分析结果表明,设置薄弱层可以有效降低门框墙转角处的应力,降低门框墙结构破坏的风险,进而提高门框墙的抗力水平。

地冲击荷载下坑道震塌问题的研究现状

坑道动荷载段的震塌破坏问题是一个长期悬而未决的问题,它涉及到岩石介质的复杂性及其动态破坏复杂性两大难题,该问题是目前防护工程和岩石动力学领域的热点研究问题之一。坑道震塌破坏问题主要是确定地冲击荷载作用下围岩的震塌破坏模式以及震塌质量分布和速度分布规律。论文在广泛查阅分析研究成果的基础上,对地应力作用下围岩自由场中的地冲击传播规律、坑道震塌问题的形成机理、震塌问题的试验研究和震塌问题的数值模拟研究成果进行了综述,初步提出了下一步需要解决的问题。

数值模拟材料破坏中两个容易忽视的问题

材料的破坏模拟方法对计算结果的正确性有着非常大的影响。基于对破坏判据的分析认识,指出在破坏问题数值模拟过程中容易忽视的两个问题,包括计算过程中单元的侵蚀问题和单元侵蚀后的内部接触问题。以圆柱状试块受压破坏问题和岩石坑道震塌破坏试验问题为背景,考察这两个问题对材料破坏问题的影响。理论分析和算例分析表明,通过定义节点约束失效和内部单元接触条件,可以比较合理地模拟诸如岩石坑道的震塌破坏等材料和介质的破坏问题,常用的侵蚀算法对材料破坏问题的模拟存在很大的局限性。

平面波加载器底部垫层材料设置研究

合理选择平面波加载器底部的垫层材料可以大大提高爆炸荷载作用下各物理参量的测试精度，尤其是土压力传感器频响不是很高的情况下选择合适的垫层材料可以避开部分高频分量所带来影响，本文简单介绍了本单位Φ９００土平面波加载器调试阶段底部反射垫层材料选择的理论研究工作。

岩石爆破破坏界面上的应力时程研究

根据岩石爆破变形与破坏特征,利用空腔膨胀理论对爆破破坏区的破坏特性进行了研究,给出了破坏区范围大小及破坏区与未破坏区(弹性振动区)交界面上的应力变化时程曲线。借助经典的爆炸力学理论和回归拟合曲线方法,验证了爆炸空腔大小、应力波的应力峰值、应力波的作用时间。数值分析计算结果表明,理论计算的应力波时程特征与经典爆炸力学给出的时程特性基本一致。

地铁工程结构破坏的竖向地震力影响分析

在 1 995年的日本阪神地震中 ,地铁工程结构发生前所未有的破坏 ,其中柱的破坏尤为严重。人们通常认为中柱的破坏是由水平地震力引起的 ,但地铁结构的有些震害现象至今无法得到圆满的解释。采用冲量理论分析竖向地震力对地铁结构中柱破坏的影响 ,能较好的解释中柱破坏的震害现象。这说明竖向地震力对地铁工程结构的破坏有显著影响。

地下结构抗震研究方法及其现状

地下结构抗震研究是当今地震工程界重要的研究方向。由于地下结构的特殊性 ,其抗震研究方法不同于地面结构。比较详细的介绍地下结构抗震研究的现状、理论方法 ,并对各方法的优缺点进行简要评述 ,以期引起人们对地下结构抗地震研究问题的重视。

爆炸地震波作用下地下结构动力响应数值分析

爆炸地震波荷载类似于天然地震波荷载,但又不完全相同。基于有效应力动力分析法,运用二维显式有限差分程序FLAC对地下结构在竖向和水平爆炸地震波荷载作用下的动力响应进行数值分析。编制了周围土体介质分析模型的程序模块并与FLAC接口。考虑了水平和竖向爆炸地震波荷载对地下结构的耦合效应,得出了一些定性的结论。

爆炸波作用下三相饱和土本构研究

本文基于三相饱和土爆炸荷载作用时的宏观试验现象，结合应用混合物理论分析得到的饱和土运动协调方程对一维爆炸波作用下三相饱和土本构关系进行了描述。