工程岩体中多弹重复打击效应的数值模拟分析

根据现场岩体特性,将岩体剖分为结构体和结构面2部分,针对结构体构建了均质岩石本构模型,而后依据结构面分布特性,构建了考虑天然岩体非均质性的空间块体模型。采用这一空间块体模型,对重复打击效果进行了大量数值模拟分析,数值模拟与现场实验结果基本一致,两者均表明,因受残余弹片、命中点偏差和岩体非均质性等因素综合影响,多弹重复打击破坏深度存在着一个极限值。

浸湿对原状Q_2黄土微观结构与力学性质的影响研究

改进了非饱和三轴浸水试验系统,通过调整吸力控制土样的浸湿程度;进行了环境电镜扫描和非饱和三轴压缩试验,研究了浸湿引起的Q2黄土微观结构变化和力学性质变化。微观结构测试表明,Q2黄土集粒间孔隙以引起中等或弱湿陷的中等孔隙为主;围压不变,随着浸湿程度的加深,孔径较大的集粒间孔隙相对含量逐渐减少,而孔径为10~20μm的孔隙相对含量逐渐增大。三轴压缩试验结果显示,不同浸湿程度的Q2黄土应力-应变关系均呈弱软化型,可分为偏应力随轴向应变快速上升、缓慢上升和缓慢下降至平稳3个阶段。分析了浸湿后Q2黄土的力学性质与微观结构特征之间的关系。引入微观结构参数,将微观结构特征与宏观力学性质联系起来,初步建立了考虑微观结构影响的Q2黄土本构模型。

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难。采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道讨砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式。

土中装药不同埋深爆炸试验研究

利用自由场试验研究了土中装药不同埋设深度爆炸问题,给出了相应的爆炸宏观特征,得到了耦合系数试验数据,得到的结论是:当土中装药比例爆炸埋深超过2.0m/kg1/3后,爆炸达到完全封闭。并指出该数据与美军设计规范TM5-855-1中的耦合系数数据0.56m/kg1/3相差较大,分析了产生差异的可能原因。

钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量(P-I)等损伤曲线。研究结果表明:钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。

钻地弹侵彻岩石深度计算新原理与方法

根据短波与岩体的内摩擦模型,利用波阵面上的动量守恒关系和弹体表面的连续运动规律,得到岩体对弹体的侵彻阻抗;通过破碎区与径向裂缝区的能量传输关系,揭示侵彻与贯穿问题的比例尺度关系的规律,最后,推得弹体侵彻过程中的参数及侵彻深度计算新公式。通过现有的经验公式计算结果对比验证本公式的可靠性。

偶然性内爆炸作用下盾构隧道的破坏特性分析

针对拼装组合式盾构隧道的防爆炸灾害设计需要,建立考虑管片–管片、管片–螺栓及管片与周围土体界面接触效应的盾构隧道爆炸动力响应三维有限元分析模型,以典型的地铁区间盾构隧道为例,计算分析内爆炸对盾构隧道结构的破坏机制,揭示管片和连接螺栓的破坏特征,比较研究盾构隧道与整体现浇隧道的抗内爆炸特性。实例分析表明:盾构隧道结构的抗爆性能劣于整体现浇的隧道结构,管片接头是盾构隧道抗内爆炸的最薄弱部位,提高连接螺栓的强度和延性可改善盾构隧道的抗爆特性。

土中爆炸地冲击能量分布研究

利用数值模拟方法研究了土中装药不同埋设深度爆炸能量分布问题,通过试验得到了耦合系数数据。给出了自由场条件下,封闭爆炸最小比例埋深为2.0 m/kg1/3,这与美军设计规范TM5-855-1中的数据0.56 m/kg1/3相差较大,分析了产生差异的可能原因。并指出本文中给出的冲量型耦合系数与TM5-855-1中的应力型耦合系数是有所区别的,应该注意其使用范围和对象。

不耦合装药结构对岩石爆破的影响

为了研究不耦合装药结构对爆破效果的影响,在实验室中采用水泥砂浆模型对不耦合装药结构进行了模型实验,并对爆破块度和爆炸应力波进行筛选及统计与测试分析.采用AUTODYNA有限元分析软件对不耦合装药结构爆炸应力波在岩石传播过程中粉碎圈、裂隙形成进行了数值模拟研究.模型实验研究表明,不耦合装药结构可提高炸药能量利用率及改善爆破块度分布;数值模拟结果显示,炸药和炮孔壁之间的间隙可以改变应力波在炮孔壁上的加载率,延长了应力波和气体的作用时间,显著地降低了粉碎圈厚度,提高了炸药能量的利用率和爆破的效果.

常规装药侵彻预应力钢筋混凝土安全壳数值模拟

现代战争或反恐怖战争中,核电站极有可能遭受精确制导装药的打击。根据核电站安全壳的结构形式,采用Backman和Goldsmith侵彻方面的假设,建立了钢筋混凝土分离式有限元模型,分别对250m/s、400m/s和600m/s着靶速度的弹丸侵彻预应力混凝土结构的过程进行了数值模拟,结果表明:着靶速度对结构的破坏形式和区域有明显的影响,弹丸侵彻表现为明显的冲塞现象。

复合内嵌筋材加固混凝土梁破坏模式分析

对螺旋肋钢筋施加预应力,将其与碳纤维筋组合后,以不同的方式嵌入到混凝土梁受拉区混凝土保护层中,对混凝土梁进行加固,能显著提高混凝土梁的承载能力。在对承载能力试验结果做简单阐述的前提下,针对加固梁中多材料、多界面存在的客观现实,全面系统地分析了加固梁可能存在的破坏模式,且与试验梁的破坏模式进行对比,对不同加固方式加固的试验梁的破坏模式及破坏机理进行了分析。分析表明,多界面的存在严重影响了加固梁的承载力;不同的破坏界面,应对加固材料断面总内力采取不同的取值,在试验中应特别注意破坏界面的判别,否则计算结果会产生很大误差。

复合内嵌碳纤维筋和预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁试验

对高强度的螺旋肋钢筋施加预应力,将螺旋肋钢筋和非预应力的碳纤维筋用不同的组合方式嵌入混凝土梁受拉区混凝土保护层中进行弯曲试验。结果表明：内嵌2根螺旋肋钢筋和1根碳纤维筋（BF1P2梁）或内嵌1根螺旋肋钢筋和2根碳纤维筋（BF2P1梁）,且对螺旋肋钢筋施加的预应力水平分别为其极限强度的30%,45%和60%,加固混凝土梁的极限承载能力、刚度及抗裂性能均有显著改善。与对比梁相比,BF1P2梁的开裂荷载提高了86.70%~133.33%,屈服荷载提高了32.25%~72.04%,极限荷载提高了72.73%~90.00%;BF2P1梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载则分别提高了50.00%~133.33%,50.54%~136.56%和72.20%~173.60%;BF2P1梁的加固效果优于BF1P2梁,且对螺旋肋钢筋施加预应力的水平为45%时,混凝土梁的加固效果最佳。

岩土中隧道抗偶然性内爆炸特性分析

针对偶然性爆炸对隧道的破坏问题,分析了某重要的软土中隧道在不同装药量和位置内爆炸情况下的动力反应和破坏机理;通过对比研究,分析了围岩等级对隧道抗内爆炸特性的影响;给出了隧道遭受内爆炸情况下围岩受到明显影响的范围。分析结果表明:当比例距离较小时,装药爆炸会对衬砌结构产生十分严重的局部破坏,在装药偏离隧道中心的内爆炸冲击波作用下,隧道结构产生整体运动和变形运动,既可引起结构的局部破坏,也可引起结构的整体变形破坏;围岩级别越高,限制隧道衬砌变形的能力越好,隧道的抗爆特性越好。本文可供隧道抗内爆炸能力评估和抗爆分析设计借鉴。

高水平压力作用下洞室围岩变形与破坏

为揭示高轴向水平压力作用下洞室围岩变形与破坏规律,研究了模型介质断裂形态,指出模型裂缝存在剪切和拉伸两种形式;采用锯齿形岩石模型和极限应变破坏准则,推导了洞室围岩的应力场,定量分析了试验结果;通过与试验对比,证明了解析的正确性。研究表明,在高轴向水平压力作用下,洞周介质会产生间隔的拉伸裂缝,形成分层断裂现象。拉伸裂缝的几何形状逐渐趋于圆形,每形成一道拉伸断裂,模型等效于形成一个受支护作用的洞室,随着等效洞室半径的增大,其受到的支护力迅速增大,使得分层断裂现象局限在一定范围内。可为深部防护工程设计提供参考。

复合内嵌碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁承载力分析

用碳纤维筋和预应力螺旋肋钢筋共同嵌入到混凝土梁受拉区保护层中对混凝土梁进行加固,能更有效地改善混凝土梁的受力性能。为更有效地分析复合内嵌碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固混凝土梁的破坏形态、极限状态及正截面承载力,通过对预应力状态下梁各阶段受力情况分析、承载力计算及界限状态的判别,提出了加固混凝土梁对应不同破坏形态下承载力的计算公式。为验证所得分析结论的合理性和可靠性及计算公式的准确性,对7根碳纤维筋预应力螺旋肋钢筋加固的混凝土梁进行弯曲试验,结果表明,被加固梁的破坏形态、极限状态分析是合理的,所提出的计算公式能准确计算加固梁抗弯承载能力。

带模拟装药弹体高速冲击岩石靶时的断裂特性

针对高速侵彻过程中的弹体破碎断裂问题,本文中设计2种不同壁厚的试验弹,进行约1 000 m/s着速的高强度岩体侵彻试验,试验表明:在该高着速条件下,两种结构的试验弹体均发生完全破碎且未能有效侵入岩石靶,而岩石靶体仅在表层产生粉碎性破坏;另外,高速侵彻岩石靶的弹体头部破碎情况与侵彻金属薄靶有所区别。在试验基础上,利用Autodyn-3D建立了弹体侵彻岩石靶的物理模型,结合SPH算法与Mott失效模型对弹体破坏过程进行了数值模拟,可有效地揭示弹体破碎机理,并进一步讨论模拟装药和小范围内不同高速对弹体破坏的影响。试验结果和建立的数值模型可为研究高速侵彻中弹体结构安全提供参考。

超高性能混凝土RPC的抗冲击压缩特性

利用分离式Hopkinson压杆试验装置,完成了超高性能混凝土RPC及其在钢管约束情况下的冲击压缩性能试验,比较了RPC材料在无约束和有约束2种受力状态下的变形和破坏特点,分析了RPC材料与C60自密实混凝土材料的应变速率效应的差异,给出了RPC材料与C60自密实混凝土的冲击破坏阈值。结果表明:在达到冲击破坏阈值的冲击荷载作用下,RPC材料呈现脆性破坏形态,对RPC侧向施加钢管约束可大大改善其抗冲击性能;RPC材料具有一定的应变速率效应,但RPC材料强度随加载速率提高的幅度比普通高强混凝土C60的要小,并且随着RPC材料强度等级提高应变速率效应逐渐减小。

非饱和土一维压缩试验及变形规律探讨

为研究非饱和土在侧限条件下的变形规律,进行了控制初始干密度和基质吸力的一维压缩试验,提出切线压缩系数和切线体积压缩系数的概念,发现切线压缩系数和切线体积压缩系数均随净竖向压力的增大呈指数衰减规律,建立了描述孔隙比–净竖向压力关系和竖向应变–净竖向压力关系的经验模型,结合国内外文献中的试验数据对模型的合理性及其对不同类别非饱和土的适用性进行了验证。提出的模型可用于计算任意压力间隔内非饱和土的平均压缩性指标,计算非饱和土由于浸水产生的一维湿化变形,还可用于描述非饱和土随基质吸力增大的一维收缩变形规律。

成层式防护结构抗超高速侵彻的数值分析

采用SPH算法,基于AUTODYN-2D开展了钨杆弹对4种"花岗岩遮弹层-(空气)干砂分配层-混凝土结构层"形式的成层式防护结构的超高速打击数值计算分析,得到了结构的破坏特征和能量分配情况。结果表明:(1)增加打击速度会加剧遮弹层和分配层的破坏程度,但在一定速度区间内结构层的侵彻深度反而随着打击速度的增加而减小;(2)结构层的能量分配比例具有随着撞击速度增加而减小的趋势,这可以初步归结为竖向冲击动能在遮弹层和分配层的横向传递;(3)一定条件下,通过增加空气隔层可以减小结构层的侵彻深度、结构层分配能量的比例和绝对值。

山区岩体中特种结构的震害及抗震特性研究

基于对汶川地震中遭受破坏的山区岩体中特种结构的现场震害调查,研究了岩体中结构的震害宏观现象和机理;建立基于波动理论的有限元数值模拟方法,分析了山区岩体中结构的地震响应及其受岩层结构面和断层带的影响。