脆性基多孔材料孔洞的尺寸效应及其破坏模式研究

运用材料真实破坏过程分析系统RFPA2D,对含多孔的脆性材料进行单轴加载情况下的破坏机制以及孔洞的尺寸效应研究。其中的数值模型具有同样的尺寸(高×宽=65mm×100mm)、同样的孔洞分布类型、同样的孔隙率(20%)、不同的孔洞直径。数值计算的结果显示,各种孔径的模型具有近似的抗压强度,并且可以观察到没有裂纹局部化的拉破坏模式。结果表明,含孔脆性材料的近似脆性行为并没有引起材料的尺寸效应。

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部,导致压缩破坏和功能失效.通过设计并引入微孔洞,显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力,从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量,并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通.建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程.冲击波压缩下孔洞塌缩,导致体积收缩变形和滑移以及转动变形,使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性.对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明,多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料.在短脉冲加载下,相较于遭受整体破坏的致密脆性材料,多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价,阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品,避免了材料的整体功能失效.

胶州湾第二海底隧道穿越活动断层抗错断结构方案研究

为保证海底隧道在断层错动作用下的结构安全,依托胶州湾第二海底隧道工程,对隧道穿越最大位错量为0.49 m的沧口断裂段落进行衬砌结构设计,提出扩大断面和多孔脆性材料填充2种方案。采用有限元数值模拟方法对2种方案衬砌结构的变形与受力特点进行分析,并综合对比2种方案的衬砌结构受力情况、扩挖量和施工难易度,最终推荐采用柔性连接结合多孔脆性材料填充的抗错断结构设计方案。该方案在减小开挖量、未明显增加施工难度的同时,克服了扩大断面方案二次衬砌在断层错动作用下易破坏的问题,可保证止水构造正常发挥作用,提升海底隧道衬砌结构在断层错动下的安全性。